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科技日?qǐng)?bào)記者 張曄?通訊員?姚臻
近日，蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王殳凹教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中外科研團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種新型超濾分離方法，有望用于乏燃料后處理、放射性污染控制、放射性同位素分離純化、放射化學(xué)診斷分析等重要任務(wù)。相關(guān)研究成果4月20日發(fā)表在《自然》期刊上。
核電是人類應(yīng)對(duì)能源短缺以及碳排放問(wèn)題的重要途徑。但是，如何安全高效處理處置核燃料循環(huán)所產(chǎn)生的強(qiáng)放射性核廢料，仍是尚未解決的世界性難題。相關(guān)研究表明，次錒系元素镅是核能發(fā)電過(guò)程的副產(chǎn)物，也是核廢料長(zhǎng)期放射毒性的主要來(lái)源。核廢料經(jīng)過(guò)鈾钚分離后，其具有多個(gè)長(zhǎng)半衰期放射性同位素（如镅-241和镅-243）。
為了將镅進(jìn)行高效分離并通過(guò)中子嬗變使其變?yōu)榈投拘浴⒍虊勖暮怂兀茖W(xué)家將目光集中在與镅的化學(xué)性質(zhì)十分相似的三價(jià)鑭系元素上，因?yàn)殍|系元素作為中子毒物會(huì)顯著影響镅的嬗變效率。理想的方法是將三價(jià)镅氧化到六價(jià)，利用六價(jià)镅與三價(jià)鑭系在配位構(gòu)型上的差異實(shí)現(xiàn)分離，可有望從根本上解決鑭錒分離難題。
但六價(jià)镅在傳統(tǒng)萃取分離過(guò)程中僅能存在數(shù)秒時(shí)間，從而給分離帶來(lái)困難。因此，國(guó)際上還沒(méi)有能讓六價(jià)镅保持穩(wěn)定的可行性方法。
為了解決這一核廢料處置中的重大技術(shù)瓶頸問(wèn)題，王殳凹團(tuán)隊(duì)從六價(jià)镅的配位化學(xué)性質(zhì)出發(fā)，設(shè)計(jì)了一例可精準(zhǔn)匹配六價(jià)镅配位構(gòu)型的無(wú)機(jī)缺位多酸簇合物。該多酸簇合物通過(guò)與六價(jià)镅離子間的強(qiáng)絡(luò)合作用形成水溶性納米級(jí)復(fù)合物，從而率先實(shí)現(xiàn)了水溶液中六價(jià)镅的超長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定。
據(jù)此，研究人員發(fā)展出一種基于鑭錒物種尺寸差異的新型超濾分離方法，獲得了高達(dá)780的二元鑭錒單步分離因子和91%的單步镅回收率。
這是迄今為止國(guó)際上報(bào)道的六價(jià)镅和三價(jià)鑭系之間的最好分離效果。王殳凹教授表示，此方法具有高效、安全、環(huán)境友好、快速且低能耗等系列優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。
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