具有抗輻照功能的多尺度超分子組裝萃取體系及其應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種具有抗輻照功能的多尺度超分子組裝萃取體系及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了具有抗輻照性能和基于多尺度超分子組裝(MSSA)的金屬離子和/或金屬酰基離子的分離方法。選擇三取代的1

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
具有抗輻照功能的多尺度超分子組裝萃取體系及其應(yīng)用


[0001]本專利技術(shù)涉及基于離子液體的金屬離子萃取體系和方法，特別涉及一種通過調(diào)節(jié)離子液體結(jié)構(gòu)來提高多尺度超分子組裝金屬離子萃取體系輻照穩(wěn)定性的方法，屬于元素分離
，并有望實(shí)際應(yīng)用于乏燃料后處理技術(shù)。

技術(shù)介紹

[0002]北京大學(xué)報(bào)道了基于多尺度超分子組裝(Multi
?
scale supramolecular assembly,MSSA)的金屬離子分離方法。將正辛基苯基
?
N,N
?
二異丁基胺基甲酰基甲基氧化膦(CMPO)的1
?
(2
?
羥乙基)
?3?
甲基咪唑雙三氟甲基磺酰亞胺鹽(HEmimNTf2)溶液與金屬離子的水溶液混合后靜置，界面可自發(fā)形成多個(gè)宏觀的組裝體小球，并最終在界面形成單個(gè)球形宏觀組裝體(MA)。在萃取實(shí)驗(yàn)完成后，該體系分為了三相，水相、離子液體相、MA相，其中金屬離子基本被轉(zhuǎn)移至MA相。而MA相可用鑷子方便快捷的取出，從而實(shí)現(xiàn)金屬離子的一步法提取并轉(zhuǎn)移至玻璃態(tài)相(Chen B,Wu K,et al.A uranium capture strategy based on self
?
assembly in a hydroxyl
?
functionalized ionic liquid extraction system.Chem.Commun.2019,55,6894
?
6897)。MSSA方法還可進(jìn)一步通過多尺度選擇性(Multi
?
scale selectivity,MSS)實(shí)現(xiàn)金屬離子的選擇性提取(Chen B,Shi C,et al.Insights into the spontaneous multi
?
scale supramolecular assembly in an ionic liquid
?
based extraction system.Phys.Chem.Chem.Phys.2022,24,25950
?
25961)。
[0003]羥基功能化的離子液體HEmimNTf2在MSSA過程中發(fā)揮著重要作用。然而，如果將MSSA方法用于乏燃料后處理，則離子液體萃取體系處于強(qiáng)放射性環(huán)境中，須具有抗輻照功能。研究發(fā)現(xiàn)，γ
?
輻照會(huì)對(duì)HEmimNTf2體系的MSSA過程造成嚴(yán)重影響。經(jīng)過一定劑量γ
?
輻照后，MA無法形成，萃取體系遭到破壞，MSSA的分離方法不再適用。所以需要對(duì)離子液體體系進(jìn)行改進(jìn)，采用具有抗輻照性能的離子液體萃取體系以對(duì)MSSA方法進(jìn)行優(yōu)化，使MSSA方法在強(qiáng)放射性環(huán)境中仍可實(shí)現(xiàn)金屬離子的一步法選擇性提取。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0004]針對(duì)MSSA體系的輻照穩(wěn)定性問題，本專利技術(shù)的目的是提供一種功能化離子液體。基于該離子液體的萃取體系具有抗輻照功能，經(jīng)過輻照后仍可將金屬離子和/或金屬酰基離子的選擇性地轉(zhuǎn)移到MA相中，實(shí)現(xiàn)基于MSSA方法的金屬離子和/或金屬酰基離子的一步法選擇性提取。由此可以使基于MSSA的金屬離子和/或金屬酰基離子的分離方法具有抗輻照功能，更有潛力應(yīng)用于乏燃料后處理等強(qiáng)放射性環(huán)境中。
[0005]本專利技術(shù)首先提供了一種具有抗輻照功能的離子液體萃取體系，包括離子液體和萃取劑，其中所述離子液體是1
?
(2
?
羥乙基)
?
2,3
?
二甲基咪唑雙三氟甲基磺酰亞胺鹽(HEMmimNTf2)，
[0006]本專利技術(shù)的萃取體系主要應(yīng)用于分離放射性溶液中的金屬離子和/或金屬酰基離
子，包括但不限于UO
22+
,Th
4+
,La
3+
,Ce
3+
,Nd
3+
,Sm
3+
,Eu
3+
,Sr
2+
,Fe
3+
,Al
3+
,Cu
2+
,Zn
2+
,Mn
2+
,VO
2+
,MoO
22+
,Cr
3+
等。
[0007]在本專利技術(shù)的離子液體萃取體系中，所述萃取劑種類視待分離的金屬離子和/或金屬酰基離子而定，可以選自正辛基苯基
?
N,N
?
二異丁基胺基甲酰基甲基氧化膦(CMPO)，二(2
?
乙基己基)磷酸酯(HDEHP)，2
?
乙基己基磷酸單2
?
乙基己基酯(P507)，N,N,N
’
,N
’?
四辛基
?3?
氧戊二酰胺(TODGA)。所述萃取劑的濃度一般為10～500mM。
[0008]利用上述離子液體萃取體系，本專利技術(shù)還提供了一種基于MSSA的分離方法，可用于提取分離放射性溶液中的金屬離子和/或金屬酰基離子，包括以下步驟：
[0009]1)配制含有萃取劑的HEMmimNTf2溶液，所述萃取劑能夠和待分離的金屬離子和/或金屬酰基離子形成配合物；
[0010]2)將步驟1)配置的溶液與含金屬離子和/或金屬酰基離子的酸性水溶液充分混合后靜置；
[0011]3)離子液體和水溶液之間的界面自發(fā)形成宏觀尺度的組裝體(MA)，金屬離子和/或金屬酰基離子被選擇性提取至該MA相中；
[0012]4)將MA相取出，即可實(shí)現(xiàn)金屬離子和/或金屬酰基離子的選擇性高效提取。
[0013]上述步驟1)配制的溶液中，萃取劑的濃度優(yōu)選為10～500mM。
[0014]上述步驟2)中，所述含金屬離子和/或金屬酰基離子的酸性水溶液可以采用硝酸、硫酸、鹽酸等調(diào)節(jié)其酸度，酸濃度范圍為10
?6～3M。
[0015]步驟1)配制的溶液與含金屬離子和/或金屬酰基離子的酸性水溶液混勻后在恒溫(0～60℃皆可)下靜置，靜置時(shí)間視宏觀尺度的組裝體形成時(shí)間而定。離子液體與水溶液之間的界面通常首先自發(fā)形成多個(gè)宏觀尺度的組裝體，這些組裝體最終會(huì)聚集為單個(gè)宏觀超分子組裝體。為了降低分離所需時(shí)間，可以在界面處持續(xù)用鑷子取出宏觀尺度的組裝體，無需等待體系達(dá)到平衡并在界面聚集形成單個(gè)宏觀超分子組裝體。為了降低分離所需時(shí)間，也可以適當(dāng)提高體系溫度。
[0016]實(shí)驗(yàn)表明，本專利技術(shù)提供的離子液體萃取體系具有較強(qiáng)的輻照穩(wěn)定性，在不同劑量(0～1200kGy)的γ
?
輻照后仍可通過MSSA方法高效地將金屬離子和/或金屬酰基離子選擇性地轉(zhuǎn)移到MA相中，實(shí)現(xiàn)金屬離子和/或金屬酰基離子的一步法選擇性提取并轉(zhuǎn)移至玻璃態(tài)相，從而使基于MSSA的分離方法實(shí)際應(yīng)用于乏燃料后處理中成為可能。
附圖說明
[0017]圖1是本專利技術(shù)主要涉及的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有抗輻照功能的離子液體萃取體系，包括離子液體和萃取劑，其特征在于，所述離子液體是1
?
(2
?
羥乙基)
?
2,3
?
二甲基咪唑雙三氟甲基磺酰亞胺鹽，簡(jiǎn)稱HEMmimNTf2，其結(jié)構(gòu)如下式所示：2.如權(quán)利要求1所述的離子液體萃取體系，其特征在于，所述萃取劑選自正辛基苯基
?
N,N
?
二異丁基胺基甲酰基甲基氧化膦、二(2
?
乙基己基)磷酸酯、2
?
乙基己基磷酸單2
?
乙基己基酯、N,N,N
’
,N
’?
四辛基
?3?
氧戊二酰胺中的一種或多種。3.如權(quán)利要求1所述的離子液體萃取體系，其特征在于，所述萃取劑的濃度為10～500mM。4.權(quán)利要求1～3任一所述離子液體萃取體系在分離放射性溶液中的金屬離子和/或金屬酰基離子中的應(yīng)用。5.如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述金屬離子和/或金屬酰基離子包括但不限于UO
22+
,Th
4+
,La
3+
,Ce
3+
,Nd
3+
,Sm
3+
,Eu
3+
,Sr
2+
,Fe
3+
,Al
3+
,Cu
2+
,Zn
2+
,Mn
2+
,VO
2+
,MoO
22+
,Cr
3+
。6.一種基于多尺度超分子組裝的金屬離子和/或金屬酰基離子的分離方法，包括以下步驟：1)配制含有萃取劑的離子液體HEMmimNTf2溶液，所述萃取劑能夠和待分離的金屬離子和/或金屬酰基離子形成配合物，所述離子液體HEMmimNTf2是1
?

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沈興海，史策，熊世杰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：