专利名称：一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法
技术领域：
本发明涉及核燃料循环领域，具体涉及一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。
背景技术：
铀是目前核能利用中的一种最主要的核燃料，其开采、提取、分离对于核能的 可持续发展意义重大。当前，溶剂萃取是核燃料循环过程中分离提纯铀的一种不可 或缺的手段。目前已开发出了各种针对铀的液-液萃取流程，如Purex流程等。不 过，这些液-液萃取流程都会使用到例如煤油等具有一定挥发性的有机溶剂，同时 单次萃取效率也不是很高，通常需要进行多级萃取。铀酰离子是铀在水溶液中存在 的一种主要化学形态，以离子液体代替有毒、易燃、易挥发的有机溶剂用于铀酰离 子的萃取分离，不但可能得到较高的萃取分离效率，而且对环境危害小。
离子液体是一类完全由阴阳离子组成且在室温或相近温度下呈液态的有机化 合物。与其它溶剂相比，离子液体具有很多特点，如无毒、无显著蒸气压、对环境 友好、无可燃性、熔点低且液态区间宽、热稳定性好、可溶解多种有机物及无机物 等，因此被誉为"绿色溶剂"。以离子液体作为溶剂用于铀酰离子的萃取分离已有 一些报道，例如，Visser等(VisserA.E., et al, J Solid State Chem, 2003, 171,109.)用 1_丁基_3-甲基咪唑六氟磷酸盐(C4mimPF6)作溶剂，以辛基苯基-N,N-二异丁基胺 甲酰基甲基氧膦(CMPO)和磷酸三丁酯作萃取剂从酸性溶液中萃取Ai^+， Th4+， U0 +等离子，在相同条件下，其分配比要比使用正十二烷为溶剂时高。Dietz等对 磷酸三丁酯在离子液体中萃取铀酰离子的机理进行了研究(Dietz M丄.，et al, Talanta, 2008,75,598.)。褚泰伟等(褚泰伟等，核化学与放射化学，2007, 29, 146.)研究了 磷酸三丁酯在一系列离子液体中对铀酰离子的萃取行为及反萃方法。
总体上，目前应用离子液体体系萃取分离铀酰离子的报道不多，且在所报道的 研究中，体系对铀酰离子的萃取率都不是很高，特别是使用传统萃取剂磷酸三丁酯 时，往往需要维持溶液的高酸度才能对铀酰离子具有一定的萃取作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。本发明所提供的从水相中萃取分离铀酰离子的方法，是以疏水性离子液体为稀
释剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦(CMPO)为萃取剂，从含铀酰 离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。
其中，所述疏水性离子液体是由一种阳离子和一种阴离子构成的离子化合物； 其中，所述阳离子选自CrC8烷基取代的甲基咪唑阳离子中的任意一种，所述阴离 子选自双三氟甲烷磺酰亚胺离子。
所述疏水性离子液体具体可选自下述至少一种C2mimNTf2、 C4mimNTf2、 C6mimNTf2、 C8mimNTf2。
采用本发明方法萃取铀酰离子时，通常CMPO与疏水性离子液体的配比在 0-0.2mol: 1L (不包括0mol: 1L)的范围内，即可实现对多数含铀酰离子水相中 1)022+的萃取；综合萃取效率和经济因素，通过试验发现，CMPO与疏水性离子液 体的优选配比为0.03-0.1mol: 1L。
本发明中，含铀酰离子的水溶液中铀酰离子可为任意浓度， 一般情况下，被萃 水相中铀酰离子的浓度为0-0.02 mol/L;当水相中铀酰离子的浓度较高时，可相应 提高CMPO的浓度来实现对铀酰离子的高效萃取。且该含铀酰离子的水溶液中除含 铀酰离子外，还可包含其它各种离子或化合物，如不同浓度的钠、钾等干扰离子以 及硝酸等。
本发明中，离子液体萃取相与被萃水相的比例无特别限制，两者的体积比可为 任意比例。萃取温度可为任意温度，对萃取时间、萃取工艺及设备也均无特别限制。
本发明提供了一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。该方法以CMPO和1-垸基-3-甲基咪唑双三氟甲垸磺酰亚胺(CnmimNTf2类)离子液体组合，得到了对铀 酰离子具有高效萃取性能的萃取体系。利用该萃取体系可以从各种不同条件的含铀 酰离子的水相中高效萃取铀酰离子，中性或接近中性条件下，通过一次萃取铀酰离 子的分配比最高可达103以上。本发明中使用离子液体作为稀释剂，大大提高了体 系对铀酰离子的萃取能力。由于不使用挥发性溶剂，体系也更为绿色环保。该萃取 体系对水相酸度的适应范围广，从中性条件到3M HN03均可显著萃取铀酰离子。 该方法在核燃料循环领域具有较好的应用前景。
图1为实施例1中C2mimNTf2对含铀酰离子的水溶液中铀酰离子的萃取率与 CMPO浓度的关系示意图。图2为实施例2中CMPO分别在C2mimNTf2、 C4mimNTf2、 C6mimNTf2离子液
体中对含铀酰离子的水溶液中铀酰离子的萃取率与水相中硝酸浓度的关系示意图。
具体实施例方式
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料， 如无特殊说明，均可从商业途径获得。
下面结合附图，通过以下实施例进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发 明的范围。
实施例l、从中性含铀酰离子的水相中萃取11022+
进行铀酰离子萃取实验时，取0.5 ml含有一定量CMPO (购自美国STREM公 司，商品号15-3500)的离子液体和l.Oml含有一定量铀酰离子和其它离子或化合 物的水相，充分混合，然后振荡30min，离心分相后取上层水相分析铀酰离子的浓 度(偶氮胂III法)，有机相铀酰离子浓度以差减法求得，由此求得萃取率￡或分配 比"。
以含不同浓度CMPO的C2mimNTf2对含铀酰离子([U022+] = 0.01 mol/L)的水 溶液中铀酰离子进行萃取，结果见表l。
表1
CMPO浓 度(mol/L)0扁0.0050扁0.010,0130.0160.020.0250.030.04
￡/%9.926.339.548.261.672.287.496.999,8>99.9
Aj0,220.711.311.863.215.2013.863.41043>2000
以表1中铀酰离子萃取率(E/%)与CMPO浓度作图，结果见图1。
由图1可知，在中性条件下，随着C2mimNTf2中CMPO浓度不断增加，体系 对铀酰离子的萃取率不断提高。当CMPO浓度达到0.03 mol/L时，对0.01 mol/L铀 酰离子的萃取率即可超过99%，同时铀酰离子的萃取分配比高达103以上。
实施例2、从酸性含铀酰离子的水相中萃取11022+
本实施例中所采用的含铀酰离子的水相为酸性，不含其它干扰离子。
采用含CMPO浓度为0.020 mol/L的CnmimNTf2离子液体对不同酸浓度水相中
铀酰离子([U022+] = 0.005 mol/L，硝酸浓度为0-3 mol/L)进行萃取，萃取率均基
本大于70%。结果见表2。表2
HN03浓度
(mol/L)00.10.51,01.52.0
五/%87.484.680.882.285.088.8
C2mimNTf2
6.945,494.214.625.677.93
靡79.080,080.582.383.986.7
C4mimNTf2
3.76楊4.134.655.226.52
￡/%69.769.972.273.976.9訓
C6mimNTf2
Aj2.302.332.602.833.324.22
以表2中铀酰离子萃取率(E/%)与水相中硝酸浓度作图，结果见图2。
由图2可知，含0.02 mol/L CMPO的不同离子液体萃取0.005 mol/L铀酰离子 时，萃取率随水相中硝酸浓度的变化而变化。具体来说，对于C4mimNTf2、C6mimNTf2 体系，增加水相硝酸浓度，整体上使铀酰离子的萃取率增加。对于C2mimNTf2体系， 随着硝酸浓度的增加，C2mimNTf2体系对铀酰离子的萃取率有所下降，并在硝酸浓 度为0.5 mol/L时达到最小值，当硝酸浓度继续增加时，体系对铀酰离子的萃取率 又开始逐步上升。总体而言，CMPO/CnmimNTf2离子液体体系可以在一个较大的酸 度范围内对铀酰离子进行萃取。
含有0.1 mol/L CMPO的C2mimNTf2可以从含有0-2 mol/L硝酸的水相中将0.01 mol/L铀酰离子定量萃取。萃取平衡后，采用偶氮胂III法检测不到水相中铀酰离子 的存在。
实施例3、从含铀酰离子和钠、钾等干扰离子的水相中萃取11022+ 以0.02 mol/L CMPO/C4mimNTf2萃取0.005 mol/L 11022+体系为例，当水相中含 0.05 mol/L ~ 0.5 mol/L的无机盐NaN03或KN03时，体系对0.005 mol/L铀酰离子 的萃取率在72 - 76%之间(具体见表3)，略小于无机盐不存在时体系对铀酰离子 的萃取率(79%)，说明NaN03或KN03对体系萃取铀酰离子影响很小。盐浓度(mol/L)
0
0.05
0.2
0.5
NaNO;
KNCh
五(％)
Aj 五(％)
Aj
79.0 3.76
74.5 5.84 75.7 6,25
74,6 5.87 72.4 5.25
72.5 5.27 73.1 5.4权利要求
1、一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法，其特征在于以疏水性离子液体为稀释剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦为萃取剂，从含铀酰离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述疏水性离子液体是由一种 阳离子和一种阴离子构成的离子化合物；所述阳离子选自d-C8烷基取代的甲基咪 唑阳离子中的任意一种，所述阴离子选自双三氟甲烷磺酰亚胺离子。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述疏水性离子液体选自下述至少一种c2mimNTf2、 C4mimNTf2、 C6mimNTf2和C8mimNTf2。
全文摘要
本发明公开了一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。该方法以疏水性离子液体为稀释剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦为萃取剂，从含铀酰离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。采用本发明的方法可以高效地从水相中萃取分离铀酰离子，萃取分配比最高可达10<sup>3</sup>以上。该方法适用的水相酸度范围大，从中性条件到3M HNO<sub>3</sub>均可显著萃取铀酰离子。以离子液体作稀释剂，萃取铀酰离子过程中没有发现乳化等对工艺不利的现象。由于离子液体本身几乎没有挥发性，体系也更为绿色环保。综上，本发明方法在核燃料循环领域具有较好的应用前景。
文档编号C22B3/38GK101638722SQ200910091388
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者超 徐, 沈兴海, 陈庆德, 高宏成 申请人:北京大学