|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ФИЦ ПХФ и МХ РАН |
||
N,O-донорные экстрагенты для разделения f-элементов в ядерном топливном цикле: «жёсткие» ароматические и «подвижные» алифатические лигандыНИР
N, O-donor extractants for f-element separation in the nuclear fuel cycle: "hard" aromatic and" mobile " aliphatic ligands
- Руководитель НИР: Матвеев П.И.
- Ответственные исполнители: Евсюнина М.В., Петров В.Г.
- Участники НИР: Борисова Н.Е., Вацадзе М.А., Иванов А.В., Конопкина Е.А., Лопатин Д.А.
- Подразделение: НИЛ дозиметрии и радиоактивности окружающей среды
- Срок исполнения: 15 августа 2023 г. - 30 июня 2025 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 20-73-10076-П
- Номер ЦИТИС: АААА-А20-120080190004-5
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Энергоэффективность и энергосбережение
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Ядерные технологии
- Критическая технология России: Технологии атомной энергетики, ядерного топливного цикла, безопасного обращения с радиоактивными отходами и отработавшим ядерным топливом
-
Ключевые слова:
высокоактивные отходы, ядерно-топливный цикл, разделение, лантаноиды, полидентатные лиганды, минорные актиниды, f-элементы
high level wastes, lanthanides, separation, nuclear fuel cycle, minor actinides, f-elements, polydentate ligands -
Описание:
Конкретная задача проекта – синтез новых экстрагентов N,O-донорной природы («жёстких» ароматических и «подвижных» алифатическиких фосфорные экстрагентов), исследование их экстракционной способности и комплексообразования по отношению к f-элементам, определение радиационной стойкости экстракционных систем на их основе, установление состава и строения их комплексных соединения с f-элементами. Достижение задач проекта позволит рационально выбрать экстрагенты для селективной экстракции минорных актинидов, а также систематически установить влияние типов центров связывания и заместителей при них на комплексообразование с f-элементами.
-
Abstract:
The handling of highly level liquid waste (HLW) is an urgent task of nuclear energy. Implementation of their management within the framework of the "fractionation and transmutation" concept will reduce environmental and economic costs. And, in particular, the isolation of americium and/or curium from HLW and their further transmutation to elements with shorter half-lives is one of the most important and complex tasks on the way to implementing such concept. The separation of americium and curium is complicated by the presence of metal cations in HLW with extremely similar chemical properties-lanthanides, as well as high activity of processed waste, oxidative conditions, etc. One of the ways to implement the process of waste fractionation is liquid-liquid extraction. The selection of an extractant for these purposes is the first and important stage on the way to the technological implementation of process. Previously, it was shown that N, O-donor extractants have a number of advantages - rapid establishment of extraction equilibrium, the ability to adjust the extraction properties by varying the substituents located near the binding centers. This project is intended to study a new class of extractants that combines aromatic nitrogen atoms and phosphonic oxygen atoms as binding centers. Systematic studies of the effect of substituents on properties will allow us to rationally adjust the extraction properties for a specific practical task of isolating minor actinides from HLW. The project will synthesize new compounds-potential extractants for f-elements in the nuclear fuel cycle, describe their extraction and complexing properties, and study radiation resistance.
-
Планируемые результаты:
Будут получены новые классы органических экстрагентов, селективных по отношению к Am(III). Будет показана закономерность "структура лиганда - структура комплексных соединений с f-элементами - экстракционные свойства". Также будет исследована их радиационная стойкость.
-
Научный задел:
Научный задел: коллектив обладает большим количеством публикаций в области синтеза полидентатных ароматических соединений, исследования их экстракционных свойств и комплексообразования с f-элементами. Эти совместные публикации отражены в списке публикаций руководителя проекта. Также коллектив в том или ином виде задействован в грантах со схожей тематикой
- Добавил в систему: Вацадзе Мария Александровна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 15 августа 2023 г.-30 июня 2024 г. | N,O-донорные экстрагенты для разделения f-элементов в ядерном топливном цикле: «жёсткие» ароматические и «подвижные» алифатические лиганды |
| Результаты этапа: 1. Был разработан метод синтеза N-гетероциклических дифосфонатов на основе пиридина, бипиридина и фенантролина с помощью реакции Хирао. Было наработано 12 представителей данного класса соединений с выходами 72-80% в количествах 100-500 мг. 2. Был разработан подход к синтезу алифатических дифосфонатов через образование замещенного триазанана. Было наработано 3 представителя данного класса соединений с выходами 10-30%, в количествах 50-150 мг. 3. Было установлено, что замещенные стерически затрудненными заместителям (изопропилом или циклогексилом) дифосфанаты фенантролина демонстрируют коэффициент разделения пары америция(III)-европий(III) до 14. Данный результат в два раза превышает ранее опубликованный для этил замещенного фенантролин-дифосфоната. Также исследованные в данном проекте лиганды на основе фенантролина демонстрируют эффективность связывания на 1,5 порядка выше. 4. Было установлено, что алифатические дифосфонаты обладают высокой основностью и экстракция подавляется в присутствии азотной кислоты. Важным фактором влияющим на эффективность связывания этим типом лигандов является заместитель при атоме азота. Исследованные представители данного класса не демонстрируют селективности по отношению к америцию(III). 5. Определение констант связывания с европием(III) и неодимом(III) в ацетонитриле показало, что лиганды на основе фенантролина проявляют селективность по отношению к неодиму(III), тогда как на основе бипиридила к европию(III). Поскольку неодим(III) является изоструктурным аналогом америция(III) можно заключить, что размерный эффект вносит вклад в проявляемую селективность. 6. Наиболее важным результатом является установление закономерности "селективность по отношению к америцию(III) - строение экстрагента - строение комплекса". Было показано, что введение изопропильных заместителей приводит к росту селективности, а вместе с этим и к уменьшению расстояния "f-элемент - ароматический атом азота". Полученные значения расстояний оказываются наиболее короткими среди ранее исследованных N, P=O - гибридных экстрагентов и сравнимы с ранее исследованными N,O-донорными экстрагентами диамидной природы, обладающие аналогичной селективностью. | ||
| 2 | 1 июля 2024 г.-30 июня 2025 г. | N,O-донорные экстрагенты для разделения f-элементов в ядерном топливном цикле: «жёсткие» ароматические и «подвижные» алифатические лиганды |
| Результаты этапа: В ходе работы были синтезированы и охарактеризованы новые экстрагенты на основе 1,10-фенантролина, предназначенные для селективного извлечения актинидов из высокоактивных отходов. Из класса диамидов получены соединения L1 (N,N′-диэтил-N,N′-димезитил-1,10-фенантролин-2,9-дикарбоксамид) и его хлорзамещённый аналог L2. Кроме того, синтезирован новый дифосфонатный лиганд L3 – тетракис(2-этилгексил)(1,10-фенантролин-2,9-дийл)бис(фосфонат), для которого разработана масштабируемая методика получения. Изучены экстракционные свойства всех трёх лигандов в отношении Am(III) и Ln(III). Показано, что лиганды L1 и L2 обеспечивают высокую селективность к Am(III), особенно по сравнению с ранее изученными аналогами, благодаря особенностям ко-экстракции воды. Для L1 достигнуто эффективное разделение Am(III) от лантаноидов при коэффициенте селективности SF(Am/Ln) = 8,5, в присутствии HEDTA и щавелевой кислоты. На основе экспериментальных данных рассчитана принципиальная схема экстракционного разделения Am(III) по методу Вольдмана, включающая блоки экстракции, промывки, реэкстракции и регенерации экстрагента. Для реализации схемы предложено 12 ступеней экстракции, 6 промывки, 5 реэкстракции и 5 регенерации. В лабораторных условиях проведён динамический эксперимент с использованием каскада противоточных ступеней, в ходе которого подтверждена высокая эффективность процесса: степень извлечения Am(III) составила не менее 99% при чистоте от Ln(III) свыше 99,9%. Также достигнуто эффективное подавление извлечения Zr(IV) и Pd(II) при использовании комплексонов. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности разработанной технологии и её готовности к масштабированию. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".