NaF吸附劑上MoF6的脫附

李楊娟 ，程治強(qiáng),*，竇 強(qiáng)，李灑灑，龍德武，李晴暖

NaF吸附劑上MoF6的脫附

李楊娟1,2，程治強(qiáng)1,2,*，竇 強(qiáng)1,2，李灑灑1,3，龍德武1,2，李晴暖1,2

在眾多乏燃料干法后處理技術(shù)中，氟化揮發(fā)技術(shù)因其操作流程短、反應(yīng)速度快、產(chǎn)物純度和去污因子高、易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作等優(yōu)點(diǎn)而受到美國(guó)、日本、俄羅斯等多個(gè)國(guó)家的廣泛關(guān)注[1-4]。氟化揮發(fā)技術(shù)可分為兩個(gè)工藝段，第一個(gè)工藝段是U的氟化揮發(fā)，即使用F2將UF4轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的UF6，實(shí)現(xiàn)U與大多數(shù)不易揮發(fā)的裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物的分離；第二個(gè)工藝段是UF6的凈化，使UF6與易揮發(fā)的裂變產(chǎn)物或腐蝕產(chǎn)物進(jìn)一步分離。目前，鈾的凈化工藝研究中多采用吸附劑，通過(guò)選擇性吸附、脫附工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)UF6與其他揮發(fā)性氟化物的分離[5-6]。

MoF6是主要的揮發(fā)性裂變產(chǎn)物之一，在鈾氟化過(guò)程中，會(huì)隨UF6進(jìn)入收集系統(tǒng)。由于MoF6和UF6沸點(diǎn)和揮發(fā)性較為接近，從UF6產(chǎn)品中去除MoF6成為UF6凈化的關(guān)注點(diǎn)之一。 Katz等[7-8]研究指出，MoF6與UF6一樣，能通過(guò)化學(xué)吸附被NaF吸附，形成MoF6·NaF或MoF6·2NaF配合物，這種配合物的形成是可逆的，在加熱時(shí)發(fā)生脫附，在吸附劑表面形成一定的蒸汽壓，且蒸汽壓隨溫度的升高而升高。美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)利用MoF6與UF6在NaF吸附劑上蒸氣壓的差別嘗試UF6與MoF6的分離[9-10]。但是，由于MoF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為與UF6相似， UF6與MoF6的分離難以獲得滿意的結(jié)果。中國(guó)原子能科學(xué)研究院于20世紀(jì)80年代在處理輻照過(guò)的UO2時(shí)，得到的鈾產(chǎn)品中Mo的去污因子僅為24.4[11]，其它文獻(xiàn)[12-13]涉及的UF6中Mo的吸附去污因子也都小于50 ，實(shí)現(xiàn)U的高回收率和U產(chǎn)品中Mo的高去污仍是鈾氟化揮發(fā)工藝中重要的研究目標(biāo)[14]。

雖然有關(guān)UF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為的研究不少[9-10,15-17]，但是關(guān)于MoF6的研究卻較少，在UF6和MoF6的分離研究報(bào)道中也少有關(guān)于MoF6在分離過(guò)程中行為的詳細(xì)資料。為了提高UF6和MoF6的分離效果，需要深入研究MoF6在NaF吸附劑上的吸附和脫附行為。程治強(qiáng)等[18]研究了NaF吸附劑對(duì)MoF6的吸附行為，指出在100 ℃時(shí)NaF顆粒的吸附容量達(dá)到最大，當(dāng)溫度超過(guò)100 ℃時(shí)由于吸附劑表面MoF6平衡蒸汽壓升高導(dǎo)致吸附量減小。本工作重點(diǎn)研究了當(dāng)溫度高于100 ℃時(shí)，溫度和載氣對(duì)MoF6在NaF顆粒上脫附行為的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

NaF吸附劑，以NaF、羧甲基纖維素鈉(CMC)和H2O為原料，按文獻(xiàn)[19]中的技術(shù)經(jīng)稍加調(diào)整后，通過(guò)擠出、切粒、燒結(jié)等過(guò)程制得。吸附劑的尺寸φ4 mm×4 mm，經(jīng)氟化預(yù)處理，平均顆粒強(qiáng)度50～60 N，比表面積約0.33 m2/g。

NaF-MoF6復(fù)合物，通過(guò)MoF6在NaF吸附劑上的靜態(tài)吸附反應(yīng)制備[18]，NaF吸附劑用量約1 g，MoF6初始?jí)毫s120 torr(1 torr≈133.3 Pa，下同)，吸附溫度為100 ℃時(shí)，MoF6在NaF吸附劑上的吸附量約110 mg。

5%氟氦混合氣，北京華科微能特種氣體有限公司；MoF6，純度99.95%，阿法埃莎(天津)化學(xué)有限公司；氮?dú)?，純?9.999%，上海婁氧氣體罐裝有限公司；AL 204電子天平，精度0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司；7NP100氣體凈化器，先普半導(dǎo)體技術(shù)(上海)有限公司；旋片真空泵，英國(guó)Edward公司，抽速4 L/s；絕壓傳感器，美國(guó)Setra公司，0～100 torr；壓力表，-0.1～0 MPa，世偉洛克(上海)流體系統(tǒng)科技有限公司；105 Watts伴熱帶，美國(guó)BriskHeat公司；手套箱，上海米開羅那機(jī)電技術(shù)有限公司非標(biāo)定制；Optima 8000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)、NexION 300 D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，美國(guó)PerkinElmer公司；LEO1530VP掃描電子顯微鏡(SEM)，ZEISS公司，能譜EDS探頭，牛津公司；NETZSCH STA 449 F3綜合熱分析儀，德國(guó)耐馳儀器有限公司；Frontier紅外光譜儀，珀金埃爾默儀器(上海)有限公司，漫反射反應(yīng)池，High temperature reaction chamber，美國(guó)Harrick。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 MoF6的脫附和脫附行為分析

1) 靜態(tài)脫附率與溫度的關(guān)系

將吸附了MoF6(質(zhì)量設(shè)為m總)的NaF吸附劑(1 g)放入經(jīng)氟氣鈍化的密閉反應(yīng)器(材質(zhì)為不銹鋼316L)中，抽真空后依次加熱到100、150、180、200、220、250、300、400 ℃，記錄每個(gè)溫度點(diǎn)穩(wěn)定后的氣體壓力值p氣。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算不同p氣所對(duì)應(yīng)的MoF6質(zhì)量m氣。MoF6在高溫下與不銹鋼的器壁金屬反應(yīng)所造成其脫附量的損失，可通過(guò)空白實(shí)驗(yàn)對(duì)損失的質(zhì)量m損進(jìn)行校正，MoF6在某一溫度下的靜態(tài)脫附率由Tf=(m氣+m損)/m總×100%計(jì)算。

2) 熱重和紅外漫反射光譜分析

熱重(TG)分析在置于手套箱中的TG測(cè)試儀上進(jìn)行。將吸附了MoF6的NaF吸附劑磨成粉末后轉(zhuǎn)入熱重分析儀樣品池內(nèi)，設(shè)置測(cè)溫范圍為室溫至500 ℃，升溫速率為10 ℃/min，吹掃氣體為99.999%氬氣。將測(cè)得的TG曲線作微分處理，得到DTG曲線。

紅外漫反射光譜的測(cè)量在密封的漫反射原位反應(yīng)池中進(jìn)行，測(cè)量前，在充氬氣的手套箱中將吸附了MoF6的NaF吸附劑置于漫反射反應(yīng)池內(nèi)。加熱反應(yīng)池，當(dāng)溫度分別穩(wěn)定在25、100、200、250、300、400 ℃時(shí)，測(cè)量吸附劑的紅外漫反射信號(hào)，經(jīng)軟件自動(dòng)處理后轉(zhuǎn)化為透射信號(hào)。為排除溫度輻射對(duì)紅外信號(hào)的影響，在同樣的溫度下測(cè)量了空白NaF顆粒的漫反射圖譜。測(cè)量結(jié)束后，吸附劑用5%HNO3溶解，再采用ICP-MS測(cè)定Mo元素的殘留量。

1.2.2 脫附工藝實(shí)驗(yàn)

1) 載氣種類和溫度對(duì)動(dòng)態(tài)脫附率的影響

圖1 脫附實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the apparatus for desorption experiment

2) 吸附-脫附循環(huán)實(shí)驗(yàn)

2 結(jié)果與討論

2.1 MoF6的脫附和脫附行為

2.1.1 靜態(tài)脫附率與溫度的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)所用的NaF吸附劑對(duì)MoF6的飽和吸附量為148 mg/g，通過(guò)測(cè)量不同溫度下脫附產(chǎn)生的氣態(tài)MoF6壓力，再將MoF6與器壁相互作用而損失的影響校準(zhǔn)以后，得到100～400 ℃之間8個(gè)溫度點(diǎn)的靜態(tài)脫附率Tf隨溫度變化曲線，示于圖2。從圖2可以看出，隨著溫度升高，MoF6的Tf呈增大趨勢(shì)，在175～300 ℃內(nèi)，Tf隨溫度迅速上升，當(dāng)溫度大于300 ℃以后趨于平衡，Tf約為90%。

圖2 溫度對(duì)MoF6靜態(tài)脫附率的影響Fig.2 Influence of temperature on statics desorption ratio of MoF6

2.1.2 熱重分析 采用熱失重分析方法，測(cè)量吸附了MoF6的NaF吸附劑的質(zhì)量隨溫度的變化，可監(jiān)測(cè)MoF6的脫附過(guò)程。圖3為氬氣氛下吸附劑的TG和DTG曲線。從TG曲線可以看到，隨著溫度升高樣品逐漸失重，接近200 ℃，失重突然增加，在DTG圖上清楚顯示216 ℃時(shí)出現(xiàn)一個(gè)大的失重峰，顯然，該失重峰是造成圖2中175～300 ℃內(nèi)靜態(tài)脫附率迅速上升的直接原因。出乎預(yù)期的是，溫度繼續(xù)升高時(shí)，在380 ℃附近出現(xiàn)另一個(gè)失重峰，其峰高顯著小于位于216 ℃的失重峰，且峰形較寬。根據(jù)文獻(xiàn)[8]報(bào)道，MoF6在NaF顆粒上的蒸汽壓方程為lgpmm=8.27±0.07-(2.87×103)/Tk，據(jù)此計(jì)算，200 ℃時(shí)MoF6的蒸汽壓為3.1×103Pa，216 ℃時(shí)激增至3.3×104Pa，在260 ℃左右則達(dá)到1.0×105Pa，這與TG曲線中第一階段MoF6的失重規(guī)律相吻合，因此，380 ℃處的失重峰應(yīng)該不是吸附在NaF上的MoF6的失重。MoF6易與環(huán)境中痕量的水分子發(fā)生水解反應(yīng)，生成氟氧化鉬和HF，除此之外，MoF6也容易被金屬容器壁還原，生成低價(jià)態(tài)的鉬氟化物，而且低價(jià)鉬氟化物也可以進(jìn)一步水解[20-22]。因此，推測(cè)380 ℃處出現(xiàn)的失重峰可能為Mo(Ⅵ)或其較低價(jià)態(tài)配合物的失重。因?yàn)楦邇r(jià)和低價(jià)Mo的水解產(chǎn)物種類較多，并且生成的氟氧化物還有可能繼續(xù)分解為其氧化物和HF[22-23]，因此，DTG上380 ℃處失重峰的寬度甚于216 ℃處。為了進(jìn)一步驗(yàn)證DTG上380 ℃處失重的可能來(lái)源的推測(cè)，將一批剛完成MoF6吸附實(shí)驗(yàn)的吸附劑分成2份，第一份試樣未經(jīng)暴露空氣即進(jìn)行TG分析，第二份試樣在空氣中暴露10 min后再進(jìn)行TG分析。兩份試樣均出現(xiàn)與圖3位置相同的兩個(gè)失重峰，總失重量大體相當(dāng)，但是兩個(gè)峰相對(duì)大小發(fā)生逆轉(zhuǎn)。未經(jīng)暴露空氣的試樣，216 ℃處和380 ℃處的失重率分別為8.25%和2.01%；空氣中暴露10 min后的試樣，失重率分別為5.34%和6.20%。由此可以推測(cè)，吸附在NaF上的MoF6暴露于空氣環(huán)境中時(shí)，會(huì)有部分MoF6發(fā)生水解反應(yīng)形成氟氧化鉬，直接導(dǎo)致216 ℃處失重(對(duì)應(yīng)MoF6)減少，380 ℃處失重(對(duì)應(yīng)Mo的其它化合物)增加。但是圖2中靜態(tài)脫附率曲線未在380 ℃處或高于此溫度時(shí)出現(xiàn)靜態(tài)上升的拐點(diǎn)，反而稍微下降，其原因目前尚不清楚，可能與高溫下MoF6與器壁反應(yīng)作用更強(qiáng)烈有關(guān)，本工作中器壁損失的校正方法在高溫存在一定局限。

圖3 NaF-MoF6的TG/DTG分析Fig.3 TG and DTG curves of NaF-MoF6 powders

2.1.3 紅外漫反射光譜分析 預(yù)實(shí)驗(yàn)證明，氣相中MoF6的紅外特征峰(峰位741 cm-1)不會(huì)對(duì)NaF-MoF6顆粒的紅外漫反射光譜中的特征峰產(chǎn)生干擾，而且低于400 ℃時(shí)溫度對(duì)純NaF的出峰位置也無(wú)明顯影響。不同溫度下NaF-MoF6復(fù)合顆粒的紅外漫反射光譜示于圖4。室溫條件(25 ℃)下，與空白NaF顆粒的紅外光譜相比，首次在NaF-MoF6復(fù)合顆粒上觀察到2 684、2 126、1 206 cm-1三個(gè)明顯的吸收峰。根據(jù)文獻(xiàn)[7-8,14]報(bào)道，NaF吸附劑通過(guò)化學(xué)吸附MoF6可形成MoF6·nNaF類配合物，推測(cè)這三個(gè)吸收峰對(duì)應(yīng)這類配合物的特征峰，這類配合物的形成是可逆的，在加熱時(shí)可釋放出MoF6[7-8]。從圖4可以看出，隨著溫度的升高，這三個(gè)紅外吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱，到250 ℃時(shí)，這三個(gè)紅外峰幾乎完全消失。它們隨溫度的動(dòng)態(tài)演化與TG實(shí)驗(yàn)獲得的216 ℃處的失重行為吻合。在此溫度區(qū)間MoF6在NaF上的脫附機(jī)制是清楚的，即MoF6·nNaF類配合物在216 ℃附近分解釋放出MoF6。需要特別指出的是，當(dāng)溫度升高到200 ℃時(shí)，隨著上述三個(gè)特征峰的逐漸消失，在1 977 cm-1處出現(xiàn)了一個(gè)小吸收峰，同時(shí)伴隨HF特征峰[24](3 650～4 250 cm-1)的產(chǎn)生。這表明，部分MoF6與環(huán)境中痕量水發(fā)生水解[22]，形成新的化合物。當(dāng)溫度升高至400 ℃時(shí)，1 977 cm-1處峰消失，這與TG實(shí)驗(yàn)獲得的380 ℃處的失重行為吻合。由于在溫度升高至200 ℃時(shí)才觀察到HF的紅外峰，表明促使MoF6水解的水可能主要來(lái)自NaF中的結(jié)晶水。紅外測(cè)試結(jié)束后，經(jīng)分析得到NaF顆粒中Mo的殘留量為15.5 mg/g，占實(shí)驗(yàn)使用NaF顆粒總吸附量的質(zhì)量百分比為13.9%，與靜態(tài)脫附率實(shí)驗(yàn)(圖2)基本一致，說(shuō)明吸附劑中還有較大Mo殘留，在密閉空間內(nèi)因吸附與脫附的動(dòng)態(tài)平衡不能達(dá)到完全脫附。鑒于密閉空間中不能使MoF6完全脫附，因此嘗試在動(dòng)態(tài)脫附實(shí)驗(yàn)裝置上(圖1)利用載氣實(shí)現(xiàn)MoF6的有效脫附。

圖4 NaF-MoF6在不同溫度下的紅外漫反射光譜Fig.4 Diffuse reflectance infrared spectra of NaF-MoF6 at different temperatures

2.2 脫附工藝實(shí)驗(yàn)

2.2.1 載氣種類和溫度對(duì)動(dòng)態(tài)脫附率的影響 選擇了N2和φ=5%F2/He兩種載氣，氣體流速約5 mL/min，脫附時(shí)間均為60 min(260 ℃脫附40 min，400 ℃脫附20 min)，結(jié)果表明，在相同條件下，以N2為載氣時(shí)動(dòng)態(tài)脫附率為54.5%，而以φ=5%F2/He為載氣的動(dòng)態(tài)脫附率則提高到70.9%，這表明載氣的種類對(duì)脫附過(guò)程也有著重要影響?？紤]到DTG曲線(圖3)上存在216 ℃和380 ℃兩處失重峰，本工作選擇φ=5% F2/He為載氣，分別在略高于兩個(gè)峰對(duì)應(yīng)的溫度，即260 ℃和400 ℃(脫附時(shí)間分別為2 h)，考察了脫附溫度對(duì)動(dòng)態(tài)脫附效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出，260 ℃下MoF6的動(dòng)態(tài)脫附率為82.6%，400 ℃的動(dòng)態(tài)脫附率則提高到99.0%。由靜態(tài)脫附率隨溫度的變化曲線(圖2)可以看到，MoF6在260 ℃左右的靜態(tài)脫附率為75.4%，而在動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中則提高到82.6%，但仍有部分Mo元素的殘留，因此，實(shí)現(xiàn)Mo元素的完全脫附不能單純依靠引入載氣，更需要進(jìn)一步提升溫度。為了對(duì)脫附效果有更加直觀的考察，對(duì)不同脫附率下NaF顆粒內(nèi)部進(jìn)行掃描電鏡測(cè)試，結(jié)果示于圖5。對(duì)比圖5(a)和圖5(b)可以看出，脫附前(動(dòng)態(tài)脫附率0%)，NaF晶體表面有一層厚厚的覆蓋物；當(dāng)動(dòng)態(tài)脫附率為82.6%時(shí)(圖5(c))，NaF晶體表面的覆蓋物明顯減少，但仍可見少量的覆蓋物殘留；當(dāng)動(dòng)態(tài)脫附率達(dá)99%時(shí)(圖5(d))，NaF晶體表面幾乎看不到覆蓋物質(zhì)，其表觀形態(tài)與未曾吸附MoF6的NaF(圖5(a))基本一致。

2.2.2 吸附-脫附循環(huán)實(shí)驗(yàn) 為了考察實(shí)際工藝流程中反復(fù)的吸附-脫附過(guò)程可能對(duì)分離效果和吸附劑性能產(chǎn)生的影響，本工作對(duì)同一批NaF吸附劑反復(fù)進(jìn)行了5次MoF6吸附和脫附實(shí)驗(yàn)。脫附條件如下：400 ℃，φ=5%F2/He為載氣，流速約5 mL/min，脫附時(shí)間持續(xù)2 h。表1列出了5次實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從表1可以看出，重復(fù)使用中吸附劑的吸附能力沒有發(fā)生明顯變化，吸附量穩(wěn)定在80～90 mg/g，表明NaF吸附劑在反復(fù)的吸附過(guò)程中依舊能夠保持較好的吸附性能。動(dòng)態(tài)脫附率均接近100%，其中第四次脫附實(shí)驗(yàn)脫附率數(shù)值偏低，這是因?yàn)楦g產(chǎn)物(主要為橙黃色的Cr的氟化物)累積附著在吸附劑上產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差。最后一次脫附實(shí)驗(yàn)完成后，采用ICP-AES對(duì)吸附劑中殘留的Mo元素進(jìn)行檢測(cè)，僅為0.037 mg/g，只占原始吸附量的0.04%，而Cr的含量達(dá)到8.16 mg/g。對(duì)第五次脫附實(shí)驗(yàn)后的吸附劑內(nèi)部進(jìn)行掃描電鏡分析，觀察其內(nèi)部形貌與圖5(d)相似，沒有發(fā)現(xiàn)吸附劑有明顯的覆蓋物殘留。五次循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，吸附劑外觀完整，NaF晶體形貌基本恢復(fù)到未吸附的狀態(tài)，并且沒有明顯的裂痕。吸附劑的平均顆粒強(qiáng)度由實(shí)驗(yàn)前的59 N降低到38 N，仍維持在較好水平。

(a)——未吸附，(b)——脫附率0%，(c)——脫附率82.6%，(d)——脫附率99.0%圖5 不同脫附率(動(dòng)態(tài))下的NaF吸附劑SEM圖片(×10 000)Fig.5 SEM images of NaF adsorbents at different desorption ratios(dynamic)(×10 000)

循環(huán)次數(shù)吸附量/(mg·g-1)動(dòng)態(tài)脫附率/%180 799 3285 4101 7390 698 4487 692 8588 999 9

2.3 關(guān)于U、Mo分離

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在氟化揮發(fā)分離工藝中用100 ℃的NaF床吸附UF6和MoF6，然后將NaF吸附床加熱到150 ℃，讓MoF6脫附，使之與UF6分離，然后將NaF床溫度升高到400 ℃，使UF6脫附實(shí)現(xiàn)UF6的回收。但是，該研究表明在回收率和純度之間有個(gè)平衡點(diǎn)，即很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)U的高回收率和高純度[14]。本工作或許能夠給出問(wèn)題的癥結(jié)所在。首先，ORNL沒有給出UF6與MoF6的分離需要在150 ℃下進(jìn)行的充分依據(jù)，根據(jù)130～208 ℃范圍內(nèi)MoF6的脫附蒸汽壓數(shù)據(jù)或許可作出U/Mo分離在150 ℃下進(jìn)行的結(jié)論[14]。如果考慮本工作發(fā)現(xiàn)的216 ℃的失重峰，那么比150 ℃稍高一點(diǎn)溫度下進(jìn)行MoF6的脫附，無(wú)論對(duì)分離因子還是對(duì)MoF6的脫附速率都更有利。其次，ORNL在400 ℃進(jìn)行UF6脫附時(shí)，以水解產(chǎn)物形式殘留在NaF顆粒上Mo的氟氧化物也必然隨之脫附，這可能是影響U與Mo分離最重要的原因。因此，為了更好地達(dá)到U與Mo的分離效果，依然存在大量研究工作需要完成，例如吸附和脫附與溫度依賴性的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，吸附和脫附的詳細(xì)動(dòng)力學(xué)過(guò)程和機(jī)制，U和Mo在整個(gè)揮發(fā)與純化工藝過(guò)程中價(jià)態(tài)和種態(tài)的變化和特征，以及它們?cè)谖胶兔摳街械男袨榈鹊?。充分掌握這些基本資料，再通過(guò)氟化揮發(fā)和純化工藝中溫度與其他條件的精準(zhǔn)控制，進(jìn)一步提高U與Mo的分離效果是可能的。

3 結(jié) 論

本工作考察了MoF6從NaF吸附劑上的脫附及其隨溫度的演化。通過(guò)熱重分析、紅外漫反射表征以及脫附工藝實(shí)驗(yàn)研究初步獲得了MoF6的脫附機(jī)制。研究表明，吸附在NaF上的Mo元素主要以MoF6·nNaF配合物形態(tài)存在，還存在少量Mo(Ⅵ)或其較低價(jià)態(tài)配合物的水解產(chǎn)物。在216 ℃附近，MoF6·nNaF配合物上的MoF6脫附，在380 ℃左右其他形態(tài)的Mo化合物也會(huì)部分脫附，并發(fā)現(xiàn)在400 ℃下使用F2可將Mo從其他化學(xué)形態(tài)再次轉(zhuǎn)化為MoF6而實(shí)現(xiàn)Mo元素的完全脫附。NaF吸附劑經(jīng)多次循環(huán)吸附-脫附過(guò)程后仍對(duì)MoF6保持良好的吸附和脫附性能。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所李文新研究員對(duì)本工作的建議和指導(dǎo)。

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1.中國(guó)科學(xué)院 上海應(yīng)用物理研究所，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

為了提高氟化揮發(fā)分離工藝中UF6和MoF6的分離效果，研究了MoF6在NaF吸附劑上的脫附行為。通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)考察了溫度和載氣種類對(duì)脫附率的影響。熱重分析顯示，大部分MoF6在216 ℃左右脫附，推測(cè)其在NaF吸附劑上以MoF6·nNaF配合物的形式存在；還發(fā)現(xiàn)在380 ℃左右出現(xiàn)一個(gè)小失重峰，紅外漫反射光譜分析證實(shí)該失重峰源于Mo配合物的水解。脫附研究表明，在400 ℃和氟氣氣氛下，Mo元素能夠完全脫附，吸附劑在連續(xù)五輪吸附-脫附工藝循環(huán)后其性能無(wú)明顯變化。

NaF；MoF6；脫附

MoF6Desorption From NaF Adsorbent

LI Yang-juan1,2, CHENG Zhi-qiang1,2,*, DOU Qiang1,2, LI Sa-sa1,3, LONG De-wu1,2, LI Qing-nuan1,2

1.Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, 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

In order to improve the decontamination efficiency of MoF6in the uranium separation process via. volatile fluoride, the desorption of MoF6from the NaF adsorbent was studied in this paper. Effects of the temperature and the species of carrier gas on desorption ratios were examined by variety of static and dynamic tests. Thermogravimetric analysis show that most of MoF6is able to be desorbed at around 216 ℃, thus it is speculated that they exist originally in the form of MoF6·nNaF complexes. Importantly, a small weightlessness peak of Mo appeared at 380 ℃ is found, and the weightlessness peak will be originated from Mo hydrolysis complexes. The infrared diffuse reflection spectroscopy further confirms all the results mentioned above. Simulation test shows that Mo could be desorbed completely at 400 ℃ in the atmosphere of F2, and the performance of the adsorbent has no obvious changes after five adsorption-desorption cycle experiments.

NaF; MoF6; desorption

2015-11-12；

2016-06-12；

時(shí)間：2017-01-03

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)——釷基熔鹽堆核能系統(tǒng)(XDA02030000)

李楊娟(1986—)，女，四川成都人，碩士，工程師，物理化學(xué)專業(yè)

*通信聯(lián)系人：程治強(qiáng)(1985—)，男，湖南株洲人，碩士，工程師，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，E-mail: chengzhiqiang@sinap.ac.cn

TL244

A

0253-9950(2017)01-0043-07

10.7538/hhx.2016.YX.2015099