Selektiv återvinning av lantanider genom ett kristallint enkelt vanadat med syra- och strålningsbeständighet. Kredit:Prof. FENG
Med utvecklingen av kärnenergi, miljöhänsyn i samband med kärnbränslecykeln har väckt stor uppmärksamhet. Dock, effektiv lagring av aktinider och lantanider (Ln) från komplext radioaktivt avfall, särskilt högaktivt flytande avfall (HLLW) under starkt sura förhållanden, är fortfarande en allvarlig utmaning.
I en studie publicerad i Angewandte Chemie International Edition , Prof. Feng Meiling från Prof. Huang Xiaoyings forskargrupp vid Fujian Institute of Research on the Structure of Matter av den kinesiska vetenskapsakademin rapporterade om den första kristallina enkla vanadatadsorbenten, nämligen [Mig 2 NH 2 ]V 3 O 7 , för utvinning av lantanider från vattenlösningar.
Forskarna fann att [Me 2 NH 2 ]V 3 O 7 har många enastående egenskaper inklusive bred pH-hållbarhet, hög strålningsmotstånd och adsorptionskapacitet.
I lösningen med pH-intervallet 1,9-12,3 eller under 200 kGy β eller 50 kGy γ bestrålningar, den kan bibehålla den robusta skiktade strukturen hos [V 3 O 7 ]n n- . Värdet för fördelningskoefficienten (Kd) för Eu 3 + kunde behålla 1,72 × 10 5 ml/g vid pH så lågt som 2,5. Värdena för Kd och borttagningshastighet (R) för Eu 3 + i princip upprätthålla efter β- eller γ-bestrålningar. Även vid lågt pH, [Me2NH2]V 3 O 7 uppvisar hög adsorptionskapacitet för lantanider. Den behåller fortfarande hög kapacitet vid lågt pH på 2,5, vilket sällan uppnås för de flesta av föreliggande adsorbenter.
Förutom, [Mig 2 NH 2 ]V 3 O 7 bibehåller höga KdEu-värden från 4,35 × 10 4 ml/g till 7,47 × 10 4 mL/g och hög REu i intervallet 97,75–98,68 % i närvaro av för mycket Na+, K+, Ca2+ och Mg2+. Särskilt, det kan effektivt separera Eu 3 + från Cs + (eller Sr 2 + ) med den högsta separationsfaktorn SFEu/Cs på 156 (SFEu/Sr på 134) hittills.
Lantanidjonen Eu 3 + är allmänt studerad som simulator för långlivade radiotoxiska aktinider för deras liknande adsorptionsegenskaper. I de utbytta produkterna, Eu 3 + kan effektivt elueras med låg kostnad, miljövänlig och säker metod, och borttagningsgraden för återvunnen produkt kan fortfarande kvarstå. Dessa fördelar i kombination med lättsyntes gör detta vanadat till en lovande lantanidrensare för miljösanering.
Forskarna avslöjade adsorptionsmekanismen på atomnivå genom teoretiska beräkningar i kombination av olika karakteriseringar som röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) och utökad röntgenabsorptionsfinstruktur (EXAFS) spektraanalyser, och Raman och elementaranalyser, tillhandahåller mikroskopisk förklaring för den selektiva adsorptionen av Eu på detta vanadat.
Denna studie ger ett lättsyntetiserat skiktat vanadat som i hög grad och selektivt kan återvinna lantanider från vattenlösningar, och betonar vikten av att utveckla kristallina vanadatmaterial för tillämpningar inom området miljösanering.
