论文部分内容阅读
Pd-107是存在于高放废物(HLW)中的长寿命裂变产物,对生态环境和人类健康存在潜在的、长期的不良影响,其有效分离对HLW最终处理处置具有重要战略意义。然而,几十年来其分离与回收尚未有效解决,新材料、新技术和新方法是解决这一国际科学和技术前沿问题的有效途径。Pillar[n]arene是一类新型大环主体分子,具有刚性、高对称性和富电子结构及出色的主客体识别性能,在有机分子识别、荧光传感器及分子开关等领域有一定应用前景,但其与HLW中长寿命核素Pd-107、Ru-106等客体间的识别研究尚未见报道。本文以功能化Pillar[5]arene衍生物为主体分子,研究其与Pd(Ⅱ)的主客体识别行为,主要研究结果如下：(1)合成了四种Pillar[5]arene衍生物,分别为：C2-全酯基柱[5]芳烃(C2-EP5A)、C2-全羧基柱[5]芳烃(C2-CP5A)、C4-全酯基柱[5]芳烃(C4-EP5A)和C3-全溴代柱[5]芳烃(C3-BP5A),分别以NMR、ESI-MS、FT-IR釉TG-DSC等手段对其组成和结构进行了表征；(2)以溶剂萃取法研究了HN03介质中C4-EP5A/氯仿和C3-BP5A/氯仿萃取体系对模拟HLW中Pd(Ⅱ)及20余种共存元素的萃取行为。结果表明：C4-EP5A/氯仿和C3-BP5A/氯仿对Pd(Ⅱ)有不同程度的萃取能力,以C4-EP5A/氯仿为最佳,其最佳萃取酸度为4.0M HNO3;借助于ESI-MS研究了萃合物的组成,结果表明：Pillar[5]arene衍生物可与Pd(Ⅱ)形成1：2型主客体萃合物；基于C4-EP5A/氯仿体系对Pd(Ⅱ)的良好识别性能,提出了以溶剂萃取法从模拟HLW中有效分离Pd(Ⅱ)的技术路线；(3)以大孔高分子基XAD-7为载体,采用真空活化灌注与固定化技术,制备了四种新型高分子基超分子识别材料C2-EP5A/XAD-7、C2-CP5A/XAD-7、 C4-EP5A/XAD-7和C3-BP5A/XAD-7,以SEM、N2吸附-脱附等温曲线、XRD、 FT-IR和TG-DSC等手段进行了表征,考察了复合材料的形貌、结构及组成,明确了Pillar[5]arene与XAD-7的复合机理；(4)以静态法研究了四种Pillar[5]arene/XAD-7对模拟HLW中Pd(ⅡⅡ)及20余种共存元素的吸附行为；考察了接触时间、HN03浓度及温度等因素变化对吸附过程的影响,评价了四种Pillar[5]arene/XAD-7对Pd(Ⅱ)的基础吸附特性。结果表明：在3.0 M HNO3溶液中,四种Pillar[5]arene/XAD-7材料对Pd(Ⅱ)均有不同程度的吸附能力,以C2-CP5A/XAD-7为最佳,其吸附次序为：C2-CP5A/XAD-7 > C4-EP5A/XAD-7> C3-BP5A/XAD-7> C2-EP5A/XAD-7,除Ru(Ⅲ)之外,对其余被试验金属离子均表现为弱吸附或基本不吸附。基于SEM、N2吸附-脱附等温曲线、EDS、TG-DSC及FT-IR等手段,研究了Pillar[5]arene/XAD-7对Pd(Ⅱ)的吸附机理,结果表明Pillar[5]arene衍生物对Pd(Ⅱ)的主客体识别是吸附过程的关键；据此,提出了以C2-CP5A/XAD-7为新型功能材料从模拟HLW中分离Pd(Ⅱ)的萃取色谱分离技术流程,这为从真实HLW中有效分离Pd(Ⅱ)提供了新方法和新思路。