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我国科学家研发新型超滤分离法降服强放射核废料镅

日期: 2023-04-21
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来源:科学网

近日,苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室王殳凹教授团队联合中外科研团队,研发了一种新型超滤分离方法,有望用于乏燃料后处理、放射性污染控制、放射性同位素分离纯化、放射化学诊断分析等重要任务。相关研究成果4月20日发表在《自然》期刊上。

核电是人类应对能源短缺以及碳排放问题的重要途径。但是,如何安全高效处理处置核燃料循环所产生的强放射性核废料,仍是尚未解决的世界性难题。相关研究表明,次锕系元素镅是核能发电过程的副产物,也是核废料长期放射毒性的主要来源。核废料经过铀钚分离后,其具有多个长半衰期放射性同位素(如镅-241和镅-243)。

为了将镅进行高效分离并通过中子嬗变使其变为低毒性、短寿命的核素,科学家将目光集中在与镅的化学性质十分相似的三价镧系元素上,因为镧系元素作为中子毒物会显著影响镅的嬗变效率。理想的方法是将三价镅氧化到六价,利用六价镅与三价镧系在配位构型上的差异实现分离,可有望从根本上解决镧锕分离难题。

但六价镅在传统萃取分离过程中仅能存在数秒时间,从而给分离带来困难。因此,国际上还没有能让六价镅保持稳定的可行性方法。

为了解决这一核废料处置中的重大技术瓶颈问题,王殳凹团队从六价镅的配位化学性质出发,设计了一例可精准匹配六价镅配位构型的无机缺位多酸簇合物。该多酸簇合物通过与六价镅离子间的强络合作用形成水溶性纳米级复合物,从而率先实现了水溶液中六价镅的超长时间稳定。

据此,研究人员发展出一种基于镧锕物种尺寸差异的新型超滤分离方法,获得了高达780的二元镧锕单步分离因子和91%的单步镅回收率。

这是迄今为止国际上报道的六价镅和三价镧系之间的最好分离效果。王殳凹教授表示,此方法具有高效、安全、环境友好、快速且低能耗等系列优势,具有良好的应用前景。



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