类型a

主要作者与研究机构及发表信息
本研究的主要作者包括A. V. Boyarintseva、L. M. Abasheva、S. I. Stepanova、V. I. Zhilova、A. M. Chekmarev以及A. Yu. Tsivadze，他们分别隶属于俄罗斯门捷列夫化学技术大学（Mendeleev University of Chemical Technology）和俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所（Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences）。该研究于2017年发表在《Doklady Chemistry》期刊上。

学术背景与研究目的
本研究属于核化学与放射化学领域，专注于铀（U(VI)）、铈（Ce(IV)）以及镧系元素（Ln(III)）的分离与提纯。其背景是基于碳酸盐萃取的铀精炼工艺（Carbex process），用于从裂变产物中分离和提纯铀。这些裂变产物通常包括镧系元素和钚等放射性同位素，它们会捕获中子，从而影响核燃料的使用效率。然而，在此之前，文献中尚未有报道通过萃取方法在碳酸盐溶液中分离U(VI)、Ce(IV)和Ln(III)的研究。因此，本研究的目标是开发一种利用甲基三辛基铵碳酸盐（methyltrioctylammonium carbonate, MTOAC）作为萃取剂，从碳酸盐溶液中分离U(VI)、Ce(IV)和Ln(III)的方法。

研究流程与实验设计
本研究分为以下几个步骤：
1. 样品制备
- 研究对象包括六水合硝酸铀酰（UO₂(NO₃)₂·6H₂O）、三水合碳酸铈（Ce(CO₃)₂·3H₂O）、六水合硝酸钕（Nd(NO₃)₃·6H₂O）、六水合硝酸镧（La(NO₃)₃·6H₂O）、六水合硝酸钐（Sm(NO₃)₃·6H₂O）、三水合碳酸钇（Y₂(CO₃)₃·3H₂O）以及碳酸钠（Na₂CO₃）。
- 镧系元素（Ln(III)）的碳酸盐通过将硝酸盐溶液与饱和碳酸氢铵（NH₄HCO₃）混合并加压至5 atm CO₂制备而成。
- 混合碳酸盐溶液通过溶解Na₄[UO₂(CO₃)₃]、Ce(IV)和Ln(III)的碳酸盐制备，最终溶液包含U(VI)、Ce(IV)、La(III)、Nd(III)、Sm(III)和Y(III)。

1. 萃取实验

   • 萃取实验采用甲基三辛基铵碳酸盐（MTOAC）作为萃取剂，溶剂为甲苯。
     
   • 通过改变有机相与水相的体积比（O:W），测量了不同条件下各元素的分配系数（distribution ratios）。
     
   • 使用铁钒酸盐法测定U(VI)浓度，并通过ICP-MS（Agilent 7500ce质谱仪）定量分析Ce(IV)和Ln(III)的浓度。
     

2. 数据分析

   • 根据萃取等温线计算分离因子（βMe₁/Me₂），以评估不同元素之间的分离效果。
     
   • 分析了萃取过程中有机相中各元素浓度随U(VI)浓度变化的趋势。
     

主要结果
1. 分离因子的变化规律
- 当O:W比从10:1降至1:10时，U(VI)/Ln(III)的分离因子（βU(VI)/Ln(III)）从约8降至3290，而U(VI)/Ce(IV)的分离因子（βU(VI)/Ce(IV)）从约1.5降至10。这表明在高O:W比条件下，U(VI)可以从Ce(IV)和Ln(III)中有效分离。
- Ce(IV)/Ln(III)的分离因子较低，但随着O:W比降低，其下降幅度小于U(VI)/Ln(III)，可能由于U(VI)和Ln(III)形成多核化合物的影响。

1. 萃取级数估算

   • 在O:W比为3–6时，U(VI)与Ln(III)分离需要2–3级逆流萃取；而在O:W比为2–3时，U(VI)与Ce(IV)分离需要8–12级逆流萃取。
     

2. 萃取行为的机制

   • U(VI)优先被萃取到有机相中，导致萃取剂的自由容量减少，从而降低了Ce(IV)和Ln(III)的迁移率。
     
   • 在高U(VI)浓度区域，Ce(IV)和Ln(III)的浓度随U(VI)浓度增加而上升，可能由于形成了多核化合物或盐析效应。
     

结论与意义
本研究成功开发了一种基于碳酸盐萃取的U(VI)、Ce(IV)和Ln(III)分离方法。研究结果表明，通过调整O:W比可以实现U(VI)与Ce(IV)和Ln(III)的有效分离。此外，Ce(IV)的行为可用于模拟Pu(IV)的分离过程，为钚的提纯提供了理论依据。该研究具有重要的科学价值，为核燃料循环中的放射性废物处理提供了技术支持。同时，该方法在工业应用中具有潜在价值，可优化核燃料的回收与再利用。

研究亮点
1. 首次报道了在碳酸盐溶液中通过萃取分离U(VI)、Ce(IV)和Ln(III)的方法。
2. 提出了基于O:W比调控的分离策略，并估算了逆流萃取所需的级数。
3. 揭示了U(VI)、Ce(IV)和Ln(III)在萃取过程中的行为机制，包括多核化合物的形成和盐析效应。

其他有价值内容
本研究还探讨了Ce(IV)作为Pu(IV)模拟物的可能性，为钚的分离与提纯提供了新的思路。此外，研究使用的萃取剂（MTOAC）具有较高的选择性和稳定性，为后续研究提供了重要参考。