鈾在離子液體中的電化學(xué)行為研究.pdf

1、由于干法后處理對(duì)于短冷卻時(shí)間、深燃耗的熱堆乏燃料、快堆乏燃料和ADS嬗變靶與傳統(tǒng)水法處理相比優(yōu)勢(shì)明顯，因此主要核能國(guó)家均已開(kāi)展干法后處理技術(shù)研究，其中熔鹽電化學(xué)分離技術(shù)是近年來(lái)各國(guó)研究的熱點(diǎn)。由于離子液體具有優(yōu)異的物理及電化學(xué)性能，可以替代強(qiáng)腐蝕性的高溫熔鹽用于干法后處理電解回收金屬離子，因此基于離子液體室溫熔鹽在干法后處理中具有廣闊的潛在應(yīng)用前景。本論文的第一部分以離子液體作為溶劑，溶解含鈾的化合物，以電化學(xué)方法為手段，研究鈾在離子液

2、體中的氧化還原過(guò)程與機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，利用恒電位或恒電流技術(shù)將鈾沉積在工作電極上，以將鈾回收并利用。結(jié)果顯示離子液體用于干法后處理乏燃料極具潛力和可行性。
　　論文第一章首先介紹了論文的研究意義；對(duì)離子液體的性質(zhì)，概念，分類及應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，然后對(duì)離子液體在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和離子液體在金屬電沉積領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，對(duì)錒系元素與鑭系元素在離子液體中的溶解行為和電化學(xué)行為的研究進(jìn)行了歸納，最后提出了論文的選題意義及研究目標(biāo)，技

3、術(shù)可行性路線。
　　論文第二章研究了硝酸鈾酰溶于少量的水丁基甲基咪唑氯鹽離子液體中，鈾酰離子存在種態(tài)，以及少量水對(duì)鈾酰離子的氧化還原過(guò)程、還原的動(dòng)力學(xué)及其熱力學(xué)影響。研究表明，當(dāng) C4MimCl中離子液體的水含量超過(guò)5％時(shí)，鈾酰在離子液體中的電化學(xué)行為較水含量低于4%時(shí)的過(guò)程不同。當(dāng)含水量低于4%時(shí)，結(jié)合循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電位法，及其對(duì)電極沉積產(chǎn)物的表征得出，鈾酰離子在體系中經(jīng)歷兩步單電子的還原過(guò)程：U(VI)－e-→U(V)，U(

4、V)－e-→U(IV)；同時(shí)U(VI)的還原過(guò)程伴隨著U(V)?U(VI)+U(IV)的歧化反應(yīng)，且研究發(fā)現(xiàn)歧化反應(yīng)隨著水含量的增大會(huì)加快，U(VI)－e-?U(V)的反應(yīng)過(guò)程的可逆性隨著水的增加而變低。另一方面結(jié)合循環(huán)伏安法和計(jì)時(shí)電位技術(shù)，實(shí)驗(yàn)詳細(xì)研究了鈾酰在電極表面還原過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，隨著水含量從0.1%-4%增大，鈾酰在電極表面的擴(kuò)散速率從4.74×10-8 cm2/s增大到2.12×10-7 cm2/s(T=94℃)，且實(shí)驗(yàn)記錄系

5、列不同溫度的循環(huán)伏安曲線，表明隨溫度的提升，擴(kuò)散系數(shù)也逐漸增大，同時(shí)實(shí)驗(yàn)得出鈾酰在電極表面的擴(kuò)散活化能約為45 kJ/mol。
　　論文第三章研究了硝酸鈾酰溶于雙三氟甲基磺酰亞胺化三甲基丙級(jí)季銨鹽離子液體中，鈾酰離子在體系中詳細(xì)的氧化還原過(guò)程。研究表明 U(VI)在離子液體中的還原過(guò)程經(jīng)歷如下步驟：此去公式省略。此過(guò)程中大量U(VI)直接在電極表面還原為U(IV)，電極反應(yīng)受電荷遷移和物質(zhì)擴(kuò)散共同控制。U(IV)在離子液體電化學(xué)窗