Aromatische Lösungsmittel zur selektiven Extraktion von Actiniden

Der EURO-GANEX-Prozess [1] (engl.: Grouped ActiNide EXtraction) stellt ein Konzept zur Abtrennung von Uran und Transuranen aus abgebrannten Kernbrennstoffen dar. Nach Abtrennung von Uran in einem ersten Extraktionszyklus werden die Transurane (Np, Pu, Am und Cm) gemeinsam in einem zweiten Extraktionszyklus abgetrennt. Die organische Phase besteht hierbei aus zwei Extraktionsmitteln (TODGA, DMDOHEMA) und einem Lösungsmittel (Kerosin). Motivation und Ziel unserer Arbeiten ist es, ein grundlegendes Verständnis von Selektivität und chemischer Bindung in Extraktionsprozessen zu entwickeln und die organische Phase des EURO-GANEX-Prozesses so zu optimieren, dass sie aus nur einem Extraktions- und einem Lösungsmittel besteht. Hierfür werden unter anderem aromatische Lösungsmittel in Betracht gezogen.
In dieser Arbeit wird die Extraktion von Actiniden und Lanthaniden aus salpetersauren Lösungen mit TODGA in 1,4-Diisopropylbenzol (DIPB) und tert-butylbenzol (tBUB) vorgestellt. Die Verteilungsverhältnisse DM wurden in Abhängigkeit von T, der Säure-, Ligand- und Metallionenkonzentration ermittelt und mit einem Referenzsystem [2] verglichen.
In Abhängigkeit der Salpetersäurekonzentration ist ein Anstieg der Verteilungsverhältnisse zu beobachten (DAm(0.05 mol/L HNO3) = 0.008; DAm(3 mol/L HNO3) = 8200). ... mehrVerglichen mit dem Referenzsystem sind die Verteilungsverhältnisse bei gleicher Säurekonzentration circa zwei Größenordnungen kleiner. Der Trennfaktor SFEu/Am in DIPB und tBUB liegt bei 6 und ähnelt dem Referenzsystem (SFEu/Am = 8).
Die Steigungsanalysen der ligandabhängigen Experimente liegen je nach Salpetersäurekonzentration zwischen 2.7 und 3.5. Die Stöchiometrie der extrahierten Spezies ist somit ein 1:3-Komplex. Dies steht im Einklang mit dem Referenzsystem.
In Beladungsexperimenten mit Lanthan ([La(III)]aq., ini = 0.001 – 1 mol/L) wurde weder eine Beladung der organischen Phase erreicht, noch eine dritte Phase beobachtet. Dies lässt vermuten, dass die Beladungskapazität mit Actiniden ebenfalls hoch ist.
Da die DM im Vergleich zum Referenzsystem zwei Größenordnungen niedriger sind als im Referenzsystem, kann die Ligandkonzentration im Extraktionsprozess erhöht werden, ohne dass andere Metallionen extrahiert werden. Eine höhere Ligandkonzentration begünstigt ebenfalls die Beladungskapazität der organischen Phase.
Es kann festgestellt werden, dass aromatische Lösungsmittel zu niedrigeren Verteilungsverhältnissen und höheren Beladungskapazitäten der organischen Phase in Extraktionsprozessen führen. Die Selektivität der Prozesse bleibt dabei unverändert. Aromatische Lösungsmittel stellen somit eine vielversprechende Option zur Optimierung des EURO-GANEX Prozesses dar.
References: [1] M. Carrott et al., Solvent Extr. Ion Exch. 2014, 32, 447. [2] A. Geist et al., Solvent Extr. Ion Exch. 2012, 30, 433