專利名稱：：一種從水相中萃取分離銫離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及核燃料循環(huán)領(lǐng)域，具體涉及一種從乏燃料后處理高放廢液中萃取分離銫離子的方法。
背景技術(shù)：
：137Cs是存在于乏燃料后處理形成的高放廢液中的一種高釋熱核素，半衰期為30.17年，是高放廢液中主要的放射性來源和釋熱來源之一，在進行廢液的最終地質(zhì)處置之前，須先予以除去。同時，分離得到的^Cs還可以代替^Co作為輻射源用于科研或工業(yè)生產(chǎn)。目前，針對乏燃料高放廢液中137Cs的分離，國內(nèi)外也開展了各種研究，所采用的萃取劑主要為冠醚及杯芳冠醚類化合物，使用的溶劑為各類具有揮發(fā)性的有機溶劑，如正辛醇、硝基芳烴類化合物等。目前相關(guān)研究對銫離子的萃取效率不是很高，通常需要進行多級萃取。以離子液體代替有毒、易燃、易揮發(fā)的有機溶劑用于銫離子的萃取分離，不但可能得到較高的萃取分離效率，而且避免了揮發(fā)性有機溶劑的使用，對環(huán)境危害小。離子液體是一類完全由陰陽離子組成且在室溫或相近溫度下呈液態(tài)的有機化合物。與其它溶劑相比，離子液體具有很多特點，如無毒、無顯著蒸氣壓、對環(huán)境友好、無可燃性、熔點低且液態(tài)區(qū)間寬、熱穩(wěn)定性好、可溶解多種有機物及無機物等，因此被譽為"綠色溶劑"。以離子液體作為溶劑用于銫離子的萃取分離己有一些報道，例如，Visser等(VisserA.E.,etal,InEngChemRes,2000，39，3596.)使用離子液體l-垸基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽(CnmimPF6，n=4，6，8)作溶劑，考察了3種不同的冠醚作萃取劑時對Cs+的萃取，不過該體系對Sr^具有更好的萃取作用，對Cs+的萃取率較低。同時，CnmimPF6類離子液體在高硝酸濃度時易分解。Chun等(ChunS.,etal，AnalChem，2001,73,3737.)利用CnmimPF6離子液體(n二4，5，6，7，8，9)和二環(huán)己基18冠6(DCH18C6)對Cs+進行萃取研究，體系對Cs+的萃取率低于對K+的萃取率。Luo等(LuoH.M.,etal，AnalChem，2004,76,2773.)使用CnmimNTf2(n=2，4，6，8)離子液體與DCH18C6或N-垸基-氮雜18冠6進行組合萃取Cs+，體系對Cs+離子萃取性能依然較低。Luo等(LuoH.M.,etal,AnalChem,2004，76，3078.)進一步使用離子液體CnmimNTf2(n=2，3，4，6，8)為溶劑，以杯[4]-雙叔辛基苯并冠(BOBCalixC6)為萃取劑從水相中萃取Cs+，Cs+的分配比可達102?？傮w上，目前應(yīng)用離子液體體系萃取分離銫離子的報道不多，且在所報道的研究中，體系對銫離子的萃取率并不具有明顯優(yōu)勢。從文獻報道還可看出，選擇適當?shù)妮腿┖碗x子液體的組合對體系萃取性能至關(guān)重要。BPC6(25,27-二(2-丙氧基)杯[4]芳烴-26,28-冠-6)是一種對銫離子具有較強結(jié)合能力的杯芳冠醚類化合物，BPC6與正辛醇組成的體系對水相中銫離子可以進行萃取(朱曉文，清華大學博士學位論文，2003.)，一般情況下該體系對銫離子的萃取分配比在10以下。目前，BPC6與離子液體組合對銫離子的萃取還未有報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種從水相中萃取分離銫離子的方法。本發(fā)明所提供的從水相中萃取分離銫離子的方法，是以疏水性離子液體為稀釋劑，以25,27-二(2-丙氧基)杯[4]芳烴-26,28-冠-6(BPC6)為萃取劑，從含銫離子的水溶液中萃取得到銫離子。其中，所述疏水性離子液體是由一種陽離子和一種陰離子構(gòu)成的離子化合物，所述陽離子選自Q-(V烷基取代的甲基咪唑陽離子中的任意一種，所述陰離子為雙三氟甲垸磺酰亞胺離子。所述疏水性離子液體具體可為C2mimNTf2，C4mimNTf2，C6mimNTf2，C8mimNTf2等，這些離子液體可以單獨使用，也可以將兩種或幾種一起混合使用。采用本發(fā)明方法萃取銫離子時，通常BPC6與疏水性離子液體的配比在0-0.025mol:1L(不包括0mol:1L)的范圍內(nèi)，即可實現(xiàn)對多數(shù)含銫離子水相中Cs+的萃取(濃度通常為0-0.01mol/L);由于BPC6的成本較高，綜合萃取效率和經(jīng)濟因素，通過試驗發(fā)現(xiàn)，BPC6與疏水性離子液體的優(yōu)選配比為0.005-0.015mol:1L。本發(fā)明中，含銫離子的水溶液中銫離子可為任意濃度，一般情況下，被萃水相中銫離子的濃度為0-0.01mol/L;當水相中銫離子的濃度較高時，可相應(yīng)提高BPC6的濃度來實現(xiàn)對銫離子的高效萃取。此外，該含銫離子的水溶液中除含銫離子外，還可包含其它各種離子或化合物，如不同濃度的鈉、鉀等干擾離子以及硝酸等。本發(fā)明中，離子液體萃取相與被萃水相的比例無特別限制，兩者的體積比可為任意比例。萃取溫度可為任意溫度，對萃取時間、萃取工藝及設(shè)備也均無特別限制。本發(fā)明提供了一種從水相中萃取分離銫離子的方法。該方法以BPC6和C。mimNTf2類離子液體相組合，得到了對銫離子具有高效萃取性能的萃取體系。利用該萃取體系可以從各種不同條件的含銫離子的水相中高效萃取銫離子，在中性或近中性條件下，通過一次萃取銫離子的分配比最高可達103以上；即使從含有多種干擾離子的復(fù)雜水相(模擬廢液)中萃取銫離子，其分配比也可達30左右，遠高于以正辛醇作為稀釋劑時BPC6對同樣水相中銫離子萃取分配比(不超過10)。本發(fā)明中使用離子液體作為稀釋劑，大大提高了體系對銫離子的萃取能力。由于不使用揮發(fā)性溶劑，體系也更為綠色環(huán)保。該萃取體系對不同水相條件的適應(yīng)范圍廣，與其它萃取方法相比，尤其適用于低酸條件，在高放廢液萃取分離銫離子相關(guān)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。圖1為實施例1中BPC6/CnmimNTf2對含銫離子的水溶液(中性條件下)中銫離子的萃取率與BPC6濃度的關(guān)系示意圖。圖2為實施例2中BPC6分別在C2mimNTf2和C4mimNTf2離子液體中對含銫離子的水溶液中銫離子的萃取率與水相中硝酸濃度的關(guān)系示意圖。具體實施例方式下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。下面結(jié)合附圖，通過以下實施例進一步說明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實施例l、從中性含銫離子水相中萃取<^+進行銫離子萃取實驗時，取0.5ml含有一定量BPC6(購買自清華大學核能與新能源技術(shù)研究院)的CnmimNTf2離子液體(購自中國科學院蘭州化學與物理研究所綠色化學中心，網(wǎng)址www.ionicliquid.org)禾卩0.5ml含有一定量銫離子的水相，體系中加入示蹤量放射性134(^，充分混合，振蕩，離心分相后分別取上下兩相以自動Y計數(shù)器測量兩相計數(shù)，由此求得萃取率￡或分配比D。本實施例中所采用的含銫離子水相為中性，Cs+的濃度為0.01mol/L，不含其它干擾離子。采用含不同濃度的BPC6的CnmimNTf2離子液體對上述水相中的Cs+進行萃取，結(jié)果見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以表1中銫離子萃取率(E/%)與BPC6濃度作圖，結(jié)果見圖1。由圖1可知，在中性條件下，隨著CnmimNTf2中BPC6濃度不斷增加，體系對銫離子的萃取率不斷提高。其中，選擇C2mimNTf2時，當BPC6濃度達到0.012mol/L，體系對0.01mol/L銫離子的萃取率即可達99%以上；當BPC6濃度達到0.015mol/L以上時，對銫離子的萃取分配比高達103以上。而C6mimNTf2體系中Cs+的分配比也在102以上。實施例2、從酸性含銫離子水相中萃取<^+本實施例中所采用的含銫離子水相為酸性，不含其它干擾離子。采用含BPC6濃度為0.015mol/L的CnmimNTf2離子液體(購自中國科學院蘭州化學與物理研究所綠色化學中心，網(wǎng)址www.ionicliquid.org)對不同酸濃度水相中Cs+([Cs+]為0.01mol/L)進行萃取，結(jié)果見表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以表2中銫離子萃取率(E/%)與水相中硝酸濃度作圖，見圖2。由圖2可知，硝酸的加入會使體系對Cs+的萃取性能總體上有所下降。但即使當水相中硝酸濃度達到3mol/L時，幾種離子液體體系對銫離子的萃取率仍在80%以上。當水相中初始硝酸濃度小于0.1mol/L時，圖中所選取的兩個體系C2mimNTf2和QmimNTf2對水相中的Cs+基本都能定量萃取。實施例3、從模擬高放廢液中萃取(:5+進行銫離子萃取實驗時，取0.5ml含有一定量BPC6(購買自清華大學核能與新能源技術(shù)研究院)的C。mimNTf2離子液體(購自中國科學院蘭州化學與物理研究所綠色化學中心，網(wǎng)址www.ionicliquid.org)和0.5ml含有一定量銫離子和其它離子或化合物的水相，體系中加入示蹤量放射性134(^，充分混合，振蕩，離心分相后分別取上下兩相以自動Y計數(shù)器測量兩相計數(shù)，由此求得萃取率￡或分配比D。本實施例中所采用的含銫離子水相(模擬高放廢液，其中[HN03]-1.3mol/L)的具體組成見表3。表3離子Na+K+Cs+Ni2+Cr3+Fe3+Al3+Sr2+含量g/L18.30.160.722.930.725.985.680,22采用含0.020mol/LBPC6的CnmimNTf2離子液體對模擬廢液中Cs+進行萃取，結(jié)果見表4。表4離子液體c2mimNTf2C4mimNTf2C6mimNTf2CsmimNTf2五/%96.4296.4297,3397.0627.026.936.433.0結(jié)果表明，上述實驗條件下，Cs+的分配比均可達30左右，而BPC6在正辛醇中對同樣模擬廢液中的銫離子進行萃取時，萃取分配比只有6-8。顯而易見，BPC6和上述四種離子液體的組合對模擬廢液中的Cs+均有很好的萃取性能。權(quán)利要求1、一種從水相中萃取分離銫離子的方法，其特征在于以疏水性離子液體為稀釋劑，以25，27-二(2-丙氧基)杯[4]芳烴-26，28-冠-6為萃取劑，從含銫離子的水溶液中萃取得到銫離子。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述疏水性離子液體是由一種陽離子和一種陰離子構(gòu)成的離子化合物，所述陽離子選自C,-C8烷基取代的甲基咪唑陽離子中的任意一種，所述陰離子為雙三氟甲烷磺酰亞胺離子。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述疏水性離子液體為選自下述至少一種C2mimNTf2，C4mimNTf2，C6mimNTf2和C8mimNTf2。全文摘要本發(fā)明公開了一種從水相中萃取分離銫離子的方法。該方法以疏水性離子液體為稀釋劑，以25，27-二(2-丙氧基)杯[4]芳烴-26，28-冠-6為萃取劑，從含銫離子的水溶液中萃取得到銫離子。采用本發(fā)明的方法可以高效地從水相中萃取分離銫離子，萃取分配比最高可達10³以上。由于離子液體本身幾乎沒有揮發(fā)性，體系也更為綠色環(huán)保。該萃取體系對不同水相條件的適應(yīng)范圍廣，在高放廢液萃取分離銫離子相關(guān)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。文檔編號C22B3/36GK101638721SQ20091009138公開日2010年2月3日申請日期2009年8月21日優(yōu)先權(quán)日2009年8月21日發(fā)明者超徐,沈興海,陳慶德,高宏成申請人:北京大學