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科技日報記者 張曄?通訊員?姚臻
近日，蘇州大學放射醫(yī)學與輻射防護國家重點實驗室王殳凹教授團隊聯合中外科研團隊，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、放射化學診斷分析等重要任務。相關研究成果4月20日發(fā)表在《自然》期刊上。
核電是人類應對能源短缺以及碳排放問題的重要途徑。但是，如何安全高效處理處置核燃料循環(huán)所產生的強放射性核廢料，仍是尚未解決的世界性難題。相關研究表明，次錒系元素镅是核能發(fā)電過程的副產物，也是核廢料長期放射毒性的主要來源。核廢料經過鈾钚分離后，其具有多個長半衰期放射性同位素（如镅-241和镅-243）。
為了將镅進行高效分離并通過中子嬗變使其變?yōu)榈投拘?、短壽命的核素，科學家將目光集中在與镅的化學性質十分相似的三價鑭系元素上，因為鑭系元素作為中子毒物會顯著影響镅的嬗變效率。理想的方法是將三價镅氧化到六價，利用六價镅與三價鑭系在配位構型上的差異實現分離，可有望從根本上解決鑭錒分離難題。
但六價镅在傳統(tǒng)萃取分離過程中僅能存在數秒時間，從而給分離帶來困難。因此，國際上還沒有能讓六價镅保持穩(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瓶頸問題，王殳凹團隊從六價镅的配位化學性質出發(fā)，設計了一例可精準匹配六價镅配位構型的無機缺位多酸簇合物。該多酸簇合物通過與六價镅離子間的強絡合作用形成水溶性納米級復合物，從而率先實現了水溶液中六價镅的超長時間穩(wěn)定。
據此，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。
這是迄今為止國際上報道的六價镅和三價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，具有良好的應用前景。
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