李楊娟 程治強(qiáng) 張煥琦 張國(guó)欣 李灑灑 龍德武 吳國(guó)忠 李晴暖

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院核輻射與核能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201800）

3（上海大學(xué) 上海 201800）

一種多孔型NaF吸附劑的制備及其對(duì)MoF6吸附的初步研究

李楊娟1,2程治強(qiáng)1,2張煥琦1,2張國(guó)欣1,2李灑灑3龍德武1,2吳國(guó)忠1,2李晴暖1,2

1（中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所 嘉定園區(qū) 上海 201800）

2（中國(guó)科學(xué)院核輻射與核能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 201800）

3（上海大學(xué) 上海 201800）

發(fā)展了一種以高分子羧甲基纖維素鈉(Carboxymethyl cellulose, CMC)、NaF和H2O為原料，通過(guò)成形和燒結(jié)等程序制取多孔型NaF吸附劑顆粒的新方法。分析和表征結(jié)果指出，吸附劑比表面積為0.3-0.4m2.g-1，孔隙率為40%-45%，顆粒強(qiáng)度為60-80N。室溫下，吸附劑對(duì)MoF6的平衡吸附量約37.8 mg MoF6/1g NaF。能譜(Energy Dispersive Spectrometry, EDS)分析指出，MoF6能夠通過(guò)NaF顆粒的孔隙擴(kuò)散到吸附劑的內(nèi)部。預(yù)計(jì)該吸附劑可以用于氟化揮發(fā)中UF6的進(jìn)一步純化研究。

NaF，吸附劑，多孔型，MoF6

隨著人類對(duì)能源需求的不斷增加和化石燃料資源的短缺，核能又一次受到世界各國(guó)的重視。但是，核能的廣泛應(yīng)用也帶來(lái)諸如乏燃料的后處理和裂變材料再利用等迫切需要解決的問(wèn)題。高溫、無(wú)水狀態(tài)下核燃料的干法后處理，由于其經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，成為第四代反應(yīng)堆高燃耗的乏燃料后處理最有競(jìng)爭(zhēng)力的方法。熔鹽反應(yīng)堆是四代堆中唯一的液態(tài)反應(yīng)堆，熔鹽堆中核燃料以氟化物形式溶解在LiF和BeF2混合熔鹽中。由此，對(duì)于熔鹽堆，特別是釷基熔鹽堆，干法后處理工藝幾乎成為輻照過(guò)燃料處理唯一可選擇的技術(shù)路線[3]。

U氟化揮發(fā)工藝是利用不同氟化物的揮發(fā)性差異，實(shí)現(xiàn)鈾的快速、高效分離和純化的干法后處理技術(shù)。它采用F2將U氟化為易揮發(fā)的UF6進(jìn)入氣相，與不易揮發(fā)的Th、Pa以及大多數(shù)稀土元素和堿土金屬裂變產(chǎn)物分離。但是依然有部分裂變產(chǎn)物，例如Nb、Ru、Sb、Mo、Te等元素，由于它們的氟化物也具有較高揮發(fā)性，將伴隨UF6一起進(jìn)入氣相。研究表明，雜質(zhì)的去除可以利用揮發(fā)性氟化物在吸附劑上不同的吸附選擇性，鈾的回收可以通過(guò)吸附劑上的吸附—解吸過(guò)程或冷凝過(guò)程。使用得最多的吸附劑是NaF，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)利用NaF吸附劑通過(guò)改變吸附溫度將揮發(fā)性較低的Nb和Ru的氟化物以及揮發(fā)性更高的Mo的氟化物與UF6分離[4]。近年來(lái),俄羅斯為回收放射性同位素99Mo，研究采用NaF吸附劑吸附惰性氣體中痕量的MoF6[5]，日本等也在進(jìn)行相關(guān)的研究[6]。吸附機(jī)制研究指出，吸附劑通過(guò)化學(xué)吸附形成UF6.NaF或UF6.2NaF配合物[7-8]。研究過(guò)的其他吸附劑還有MgF2、CaF2和LiF等[9]。

制備NaF吸附劑的基體材料有NaF和NaF.HF，成型過(guò)程大多采用基體材料和水混合后直接壓制成顆粒狀，然后再在一定溫度下燒結(jié)[10-11]，也有采用膠質(zhì)化學(xué)合成法(Colloidal-Chemical Synthesis)進(jìn)行NaF吸附劑制備的報(bào)道[5]。使用NaF.HF替代NaF是為了使最終的吸附劑具有更大的比表面積，從而增加對(duì)UF6的吸附容量[10]，但是在制備過(guò)程中不得不面對(duì)有強(qiáng)腐蝕性的HF產(chǎn)生。本工作以NaF粉末為基體材料制備NaF吸附劑，為了達(dá)到使用NaF.HF制備吸附劑所相似的增加比表面積的效果，在制備過(guò)程中添加了具有粘結(jié)和造孔功能的高分子羧甲基纖維素鈉(Carboxymethyl cellulose, CMC)。在經(jīng)過(guò)大量的配比、燒結(jié)溫度和升溫程序等試驗(yàn)和優(yōu)化基礎(chǔ)上，成功研制出性能良好的多孔型NaF吸附劑，并用MoF6氣體對(duì)其吸附進(jìn)行了初步測(cè)試。采用MoF6是因?yàn)樗粌H在揮發(fā)性上類似于UF6，而且它是一個(gè)高產(chǎn)額裂變產(chǎn)物，利用吸附劑實(shí)現(xiàn)Mo與U分離將是熔鹽堆輻照過(guò)燃料后處理的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

1 試劑與儀器

羧甲基纖維素鈉(CMC)：粘度 300-800 mPa.s，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，試劑純；NaF粉末：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純；5%氟氦混合氣：北京華科微能特種氣體有限公司；99.95% MoF6：阿法埃莎（天津）化學(xué)有限公司；氮?dú)猓?9.999%；去離子水；自制擠出器（螺桿擠出，材質(zhì)：316L）；箱式氣氛爐：上海久工電器有限公司；充氣泵(EHEZM100，1.1L.min-1)；電子天平：ML503，瑞士梅特勒-托利多；真空泵：英國(guó)Edward，抽速4L.s-1；絕壓傳感器（美國(guó)Setra，0-13.3kPa）；手套箱：上海米開(kāi)羅那機(jī)電技術(shù)有限公司非標(biāo)定制。

相關(guān)分析儀器：壓汞儀（Autopore IV 9505，美國(guó)麥克儀器公司）；比表面積及孔徑分析儀（V-sorb 2800TP，北京金埃譜科技有限公司）；顆粒強(qiáng)度儀（KY-20，江蘇姜堰市科苑電子儀器有限公司）；X射線多晶衍射儀（XRD (X-ray diffraction)，X' Pert Pro MPD，荷蘭帕納科公司）；電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry, ICP-AES，optima 8000，美國(guó)PerkinElmer公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS，NexION 300 D，美國(guó)PerkinElmer公司）；掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope, SEM，LEO1530VP，ZEISS公司）；能譜（Energy Dispersive Spectrometry, EDS，探頭：牛津公司）；離子色譜（ICS-2100，美國(guó)熱電公司）；氦檢儀（HLT560，德國(guó)Pfeiffer Vacuum有限公司）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 NaF吸附劑的制備和表征

按確定質(zhì)量比（CMC:水:NaF＝1:8:16）稱取NaF和CMC粉末并均勻混合，加入相應(yīng)量的去離子水，將混合物攪拌成一均勻稠狀物，再將該稠狀物放入自制擠出器中擠出成條狀，切成底面?4mm、長(zhǎng)約10mm的圓柱形顆粒。將成型的吸附劑顆粒盛在石英表面皿上，然后放入箱式爐，在300min內(nèi)將箱式爐加熱到350°C，保溫120 min；繼續(xù)加熱，在250min內(nèi)將箱式爐從350°C加熱到600°C，保溫120 min，然后自然冷卻。加熱過(guò)程通入空氣，以促進(jìn)CMC的完全分解，達(dá)到NaF顆粒的造孔并固化目的。箱式爐冷卻到室溫后將吸附劑取出，轉(zhuǎn)入干燥器中保存。在MoF6吸附試驗(yàn)前，在300°C條件下，用5% F2氣體對(duì)NaF吸附劑進(jìn)行處理，以去除吸附劑中CMC在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的主要雜質(zhì)Na2CO3。

采用比表面積及孔徑分析儀對(duì)吸附劑比表面積進(jìn)行測(cè)試，采用壓汞儀對(duì)吸附劑孔隙率和平均孔徑進(jìn)行測(cè)試。參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 102012-88磷酸一銨、磷酸二銨顆粒平均抗壓強(qiáng)度測(cè)定》，采用顆粒強(qiáng)度儀對(duì)吸附劑顆粒強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。堆積密度的測(cè)定根據(jù)對(duì)一定量吸附劑的質(zhì)量和體積進(jìn)行測(cè)量后計(jì)算得到。吸附劑中陽(yáng)離子雜質(zhì)含量通過(guò)ICP-MS和ICP-AES測(cè)定，陰離子雜質(zhì)含量通過(guò)離子色譜測(cè)量。采用XRD對(duì)CMC燒結(jié)后的灰分進(jìn)行分析。采用掃描電鏡對(duì)吸附劑截面的微觀形貌進(jìn)行觀察。

2.2 NaF吸附劑對(duì)MoF6的吸附實(shí)驗(yàn)

NaF顆粒對(duì)MoF6的吸附實(shí)驗(yàn)在圖1所示的試驗(yàn)裝置中進(jìn)行，裝置所用材料為不銹鋼316L，氦檢儀檢測(cè)其泄漏率小于10-5Pa.L.s-1，實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置采用F2進(jìn)行鈍化處理。試驗(yàn)時(shí)，取下吸附柱，在手套箱中稱取10g左右的NaF吸附劑顆粒于吸附柱中。將吸附柱連入吸附裝置，再次使用5%F2充入吸附裝置至常壓，室溫下(約25°C)保持3h，以除去吸附柱與裝置連接處的水分。采用真空泵將裝置氣壓抽至小于6.66Pa后，充入MoF6氣體約50kPa，保持靜態(tài)吸附約60 h后，除去剩余MoF6，充入氮?dú)庵脸骸?/p>

圖1 NaF吸附劑吸附MoF6的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Sketch of laboratory equipment for NaF adsorbing of MoF6.

實(shí)驗(yàn)完成后，取下吸附柱，在手套箱中對(duì)實(shí)驗(yàn)后的吸附劑進(jìn)行稱量，確定MoF6的吸附量。掃描電鏡和EDS線掃描分析用于觀察和表征MoF6在吸附劑內(nèi)部的擴(kuò)散和分布。

3 結(jié)果與討論

3.1 NaF吸附劑的制備和表征

燒結(jié)后的NaF顆粒呈白色圓柱形，直徑和長(zhǎng)度無(wú)明顯變化。掃描電鏡對(duì)吸附劑內(nèi)部觀察到的微觀形貌如圖2所示。觀察到NaF為立方晶體，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后晶體顆粒相互粘連但相互間有一定的孔隙，另有直徑約微米級(jí)的孔洞均勻分布在吸附劑顆粒內(nèi)部，這為氣體氟化物在吸附劑內(nèi)部的快速擴(kuò)散提供了有利條件。采用壓汞儀和比表面積及孔徑分析儀，測(cè)得吸附劑的孔隙率為40%-45%，平均孔徑為3-4μm，比表面積為0.3-0.4m2.g-1。經(jīng)顆粒強(qiáng)度儀測(cè)得制備的NaF吸附劑顆粒碎裂壓力為60-80N，堆積密度為0.78 g.cm-3。

圖2 吸附劑顆粒截面的掃描電鏡圖 (a) ×100, (b) ×1 000Fig.2 Scanning electron micrograph of cross-sectional of NaF adsorbent particles. (a) ×100, (b) ×1 000

NaF吸附劑對(duì)鈾的吸附凈化作用主要依賴于NaF與揮發(fā)性氟化物的選擇性吸附，因此，應(yīng)盡量減少吸附劑中的雜質(zhì)并避免雜質(zhì)對(duì)吸附過(guò)程產(chǎn)生影響。經(jīng)ICP-AES、ICP-MS、離子色譜等檢測(cè)，得到氟化后吸附劑中的主要雜質(zhì)有金屬Fe、Ca、Cr、Ni，它們含量均低于3×10-5，陰離子雜質(zhì)有SO42-、Cl-，含量低于5×10-5。NaF吸附劑中含量最高的雜質(zhì)是5×10-4的Na2CO3，XRD測(cè)試證明，Na2CO3系CMC在600°C燒結(jié)后的灰分主要成分，折算到F2處理前的吸附劑中，其含量約為1%，該數(shù)據(jù)通過(guò)離子色譜對(duì)吸附劑中碳酸根離子的測(cè)定得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。采用F2在300°C高溫下對(duì)吸附劑進(jìn)行氟化處理，XRD物相分析(圖3)表明，此舉可將Na2CO3等無(wú)機(jī)鈉鹽雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為NaF，大大減少吸附劑中的CO32-，離子色譜分析表明，吸附劑中Cl-、SO42-等雜質(zhì)也有一定的去除效果。為考察殘留的NaCO對(duì)NaF吸附MoF實(shí)驗(yàn)是否有影響，本工作在吸附實(shí)驗(yàn)前首先試驗(yàn)了MoF6與Na2CO3分別在常溫和100°C下的反應(yīng)，結(jié)果表明二者無(wú)明顯的化學(xué)反應(yīng)或吸附效應(yīng)，因此，微量的Na2CO3存在不會(huì)影響下面的吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 CMC 600°C燒結(jié)后的灰分的XRD物相分析(a) 氟化前, (b) 氟化后Fig.3 XRD analysis of ash produced by sintering CMC at 600°C. (a) Before fluorination, (b) After fluorination

吸附劑的吸附容量是衡量吸附劑質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。吸附容量除了與被吸附物的種類和濃度有關(guān)外，主要取決于吸附劑的比表面積。大的比表面積能夠提供更多的吸附位點(diǎn)，因而獲得更大的吸附容量。為了提高吸附劑比表面積，人們嘗試了各種方法。ORNL將NaF和水混合后制成丸狀，干燥后在250-350 °C下進(jìn)行氟化處理，得到的NaF吸附劑顆粒的比表面積只有0.07m2.g-1，孔隙率為28%。如果將NaF.HF代替NaF，制成丸狀后在200-400°C去除HF，再在400-700 °C下燒結(jié)成型，吸附劑的比表面積就增加到1m2.g-1，相應(yīng)的孔隙率為45%[10]。類似地，中國(guó)原子能研究院趙家駿等[11]也用NaF.HF作為基體材料，在600°C燒結(jié)脫HF后得到比表面積為0.589m2.g-1的NaF吸附劑顆粒，并成功用于UF6與NpF6的分離研究。使用NaF.HF為基底材料雖然可使吸附劑比表面積有明顯提高，但我們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這樣研制的吸附劑顆粒強(qiáng)度較低。更加不利的是用NaF.HF制備NaF吸附劑過(guò)程中放出HF，對(duì)人體和設(shè)備有較強(qiáng)的毒性和腐蝕性。

鑒于上述原因，本文提出了上述制備NaF吸附劑顆粒的新方法，該方法要點(diǎn)是在制備之初就在NaF基體粉末中添加CMC。CMC由C、H、O、Na組成，呈白色或乳白色纖維狀粉末，由于它的環(huán)境友好性，已被廣泛用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和日用化學(xué)工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域中。CMC在NaF吸附劑研制中同時(shí)起著兩種功能。作為粘結(jié)劑，CMC使得NaF和水的均勻稠狀物能容易通過(guò)擠出切粒的方式方便獲得均勻的圓柱形顆粒，這對(duì)于規(guī)模制備NaF吸附劑顆粒非常有用。更為重要的是，CMC在高溫加熱條件下可分解為CO2和H2O，這些氣體的迅速逸出導(dǎo)致在吸附劑中產(chǎn)生孔隙，因此CMC同時(shí)起著造孔劑的作用。由于孔隙的產(chǎn)生，增加了吸附劑的有效表面積，因而在吸附過(guò)程中，MoF6吸附分子能夠通過(guò)吸附劑的孔隙擴(kuò)散到吸附劑的內(nèi)部，從而增加吸附容量。經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到燒結(jié)后吸附劑的比表面積為0.3-0.4m2.g-1。實(shí)驗(yàn)還指出，制得的NaF顆粒經(jīng)F2處理后，吸附劑的比表面積有一定程度的提高。

還有一些方法可以提高NaF吸附劑的比表面積，例如ORNL報(bào)道，1m2.g-1的NaF吸附劑在25-50°C下用4:1 (HF:NaF)的HF處理，接著在250°C時(shí)除去HF，得到的NaF吸附劑比表面積提高到7m2.g-1[8]。應(yīng)該指出，在使用吸附劑進(jìn)行分離的化學(xué)工藝中比表面積并不是唯一考慮的因素，過(guò)大的比表面積可能帶來(lái)吸附劑強(qiáng)度下降的弊病。本工作在用CMC制備NaF吸附劑時(shí)發(fā)現(xiàn)比表面積隨著燒結(jié)溫度的降低而增加，當(dāng)燒結(jié)溫度為450°C時(shí)，比表面積可以達(dá)到接近0.8m2.g-1。但是隨著燒結(jié)溫度的降低，吸附劑的強(qiáng)度也逐步降低(圖4)。低的顆粒強(qiáng)度在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可能導(dǎo)致顆粒破碎，甚至粉化，其結(jié)果將會(huì)造成吸附柱堵塞，嚴(yán)重影響燃料U的純化和回收。由此可見(jiàn)，吸附劑的制備必須根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需求全面考慮它們的各個(gè)基本指標(biāo)。本工作用CMC研制的多孔NaF吸附劑顆粒的基本表征參數(shù)與迄今在核燃料氟化揮發(fā)分離流程中見(jiàn)到的多數(shù)吸附劑性能大致相接近，預(yù)計(jì)可以用于氟化揮發(fā)中鈾的分離和純化目的研究，相關(guān)工作正在計(jì)劃中。

圖4 NaF吸附劑比表面積和顆粒強(qiáng)度隨燒結(jié)溫度變化關(guān)系Fig.4 Specific surface area of NaF adsorbent and its particle strength along with the change of sintering temperature.

3.2 NaF吸附劑對(duì)MoF6的吸附實(shí)驗(yàn)

本工作使用靜態(tài)吸附方法測(cè)定MoF6氣體在NaF吸附劑上的吸附容量。吸附實(shí)驗(yàn)中充入的MoF6氣體初始?jí)毫s50kPa，此后由于MoF6在NaF吸附劑上的吸附，MoF6氣體壓力逐漸下降，60h后，MoF6氣體壓力降低到約16kPa，并保持恒定，吸附達(dá)到平衡。在手套箱中取出吸附劑并進(jìn)行稱量，發(fā)現(xiàn)吸附反應(yīng)后吸附劑的質(zhì)量從10.7521g增加到11.1581g，相當(dāng)于本實(shí)驗(yàn)條件下NaF吸附劑對(duì)MoF6的吸附容量約37.8 mg MoF6/1g NaF。

為了驗(yàn)證CMC熱分解在NaF顆粒內(nèi)部形成的孔隙，將吸附了MoF6后的NaF吸附劑用能譜EDS進(jìn)行分析，在吸附劑顆粒內(nèi)部，沿著顆粒截面直徑進(jìn)行多次線掃描，結(jié)果在顆粒所有檢測(cè)點(diǎn)均檢測(cè)到Mo元素的存在，而且Mo和Na元素含量分布具有高度的相似性(見(jiàn)圖5)，佐證了MoF6確實(shí)沿吸附劑孔隙擴(kuò)散到多孔型的NaF顆粒的內(nèi)部。

圖5 吸附劑顆粒內(nèi)部EDS線掃描圖譜Fig.5 EDS line scan patterns inside sorbent particle.

4 結(jié)語(yǔ)

采用以CMC為粘結(jié)劑和造孔劑，將基體NaF粉末通過(guò)混合、擠出、切粒和高溫?zé)Y(jié)等一系列程序制得了一種多孔型的NaF吸附劑顆粒。該吸附劑比表面積為0.3-0.4m2.g-1，孔隙率為40%-45%，平均孔徑為3-4μm，顆粒強(qiáng)度為60-80N，堆積密度為0.78 g.cm-3。該吸附劑雜質(zhì)含量低，且殘留的Na2CO3對(duì)MoF6的吸附無(wú)明顯影響。室溫條件下，吸附劑在平衡壓力為16kPa時(shí)對(duì)MoF6吸附容量為37.8mg MoF6/1gNaF。能譜EDS分析表明，MoF6可擴(kuò)散到吸附劑內(nèi)部。與文獻(xiàn)[10]報(bào)道的以NaF.HF作為基體材料制備吸附劑的技術(shù)路線相比，本工作提出的研制技術(shù)方法簡(jiǎn)便易行，不涉及有害、高腐蝕的HF氣體。預(yù)計(jì)研制的NaF吸附劑可以用于氟化揮發(fā)中U的進(jìn)一步純化研究。

致謝感謝復(fù)旦大學(xué)侯惠奇老師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提供的建議和指導(dǎo)。

1 劉學(xué)剛. 乏燃料干法后處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 核化學(xué)與放射化學(xué), 2009, 31(增刊): 35-44

LIU Xuegang. Advances in the technology of processing of spent fuel dry[J]. Nuclear and Radiochemistry, 2009, 31(Suppl): 35-44

2 葉國(guó)安, 張虎. 核燃料后處理技術(shù)發(fā)展及其放射化學(xué)問(wèn)題[J]. 化學(xué)進(jìn)展，2011, 23(7): 1289-1294

YE Guoan, ZHANG Hu. Technology development and its radiochemical processing of nuclear fuel[J]. Chemical Processing, 2011, 23(7): 1289-1294

3 江綿恒, 徐洪杰, 戴志敏. 未來(lái)先進(jìn)核裂變能—TMSR核能系統(tǒng)[J]. 中國(guó)科學(xué)院院刊, 2012, 03

JIANG Mianheng, XU Hongjie, DAI Zhimin. The future of advanced nuclear fission nuclear energy system-TMSR[J]. Chinese Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012, 03

4 Culler F L, Bresee J C, Ferguson D E, et al. Chemical technology division annual progress report[R]. ORNL-3627,1964

5 Artyukhov A A, Kravets Y M, Seregin M B, et al. Transfer by metallic service lines and sorption extraction of MoF6from the gas flow[J]. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2010, 83(2): 235-242

6 Kuniyoshi H, Daisuke W, Akira S, et al. Development of advanced reprocessing system "FLUOREX"[C]. Proceedings of GLOBAL, 2011

7 Katz S. Preparation of MoF6.NaF complexes with uranium, tungsten, and molybdenum hexafluorides[J]. Inorganic Chemistry, 1966, 5(4): 666-668

8 Katz S. Use of high-surface-area sodium fluoride to prepare MoF6.2NaF complexes with uranium, tungsten, and molybdenum hexafluorides[J]. Inorganic Chemistry, 1964, 3(11): 1598-1600

9 Stephenson M J, Merriman J R, Kaufma H L. Remove of impurities from uranium hexafluoride by selective sorption technology: progress report for 1966[R]. K-1713, 1966

10 Rosentha M W, Briggs R B, Kosten P R. Molten-salt reactor program semiannual progress report[R]. ORNL-4344, 1968

11 張家駿, 趙滬根, 段云富, 等. NaF顆粒吸附柱分離氣體UF6、NpU6的工藝研究[J]. 原子能科學(xué)技術(shù), 1985, 3: 311-315

ZHANG Jiajun, ZHAO Hugen, DUAN Yunfu, et al. Study on technique of separation of gas UF6, NpU6NaF particle adsorption column[J]. Atomic Energy Science and Technology, 1985, 3: 311-315

CLCTL99

A novel technique for preparation of the porous adsorbent NaF and a preliminary study on its adsorption capacity for MoF6

LI Yangjuan1,2CHENG Zhiqiang1,2ZHANG Huanqi1,2ZHANG Guoxin1,2LI Sasa3LONG Dewu1,2WU Guozhong1,2LI Qingnuan1,2

1(Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Jiading Campus, Shanghai 201800, China)

2(Key Laboratory of Nuclear Radiation and Nuclear Technology, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China) 3(Shanghai University, Shanghai 201800, China)

Background:As a pyroprocess, the fluoride volatility process is developed to recover uranium from spent nuclear fuel. And the fluoride adsorption technology is usually applied as a mean for the purification and collection of UF6in the fluoride volatility process. Purpose: A novel technique for preparation of the adsorbent NaF used for the purification of uranium in the fluoride volatile process has been developed. Methods: In this work, the polymer sodium carboxymethyl cellulose (CMC), NaF and water were used as raw materials, and porous NaF adsorbent particles were made by molding and sintering process. The characteristics of the adsorbent particles were analyzed and characterized. Results: Specific surface area of the adsorbent was 0.3-0.4m2.g-1, porosity was 40%-45% and particle strength was 60-80N. At room temperature, the equilibrium adsorption capacity of MoF6was about 37.8 mg MoF6/1g NaF. The energy dispersive spectrometry (EDS) analytical result indicated that the MoF6was able to diffuse into the interior of the adsorbent particles through their pores. Conclusion: The NaF adsorbent developed in this study is expected to be used for further purification of uranium in fluoride volatile process.

NaF, Adsorbent, Porous, MoF6

TL99

10.11889/j.0253-3219.2014.hjs.37.080601

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(No.XDA02030000)資助

李楊娟，女，1986年出生，2011年于廈門(mén)大學(xué)獲碩士學(xué)位，主要從事鈾氟化揮發(fā)產(chǎn)物的吸附凈化研究

2014-04-11，

2014-05-09