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科技日報記者 張曄?通訊員?姚臻
近日，蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與輻射防護國家重點實驗室王殳凹教授團隊聯(lián)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(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(chǎn)生的強放射性核廢料，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)電過程的副產(chǎn)物，也是核廢料長期放射毒性的主要來源。核廢料經(jīng)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(xué)家將目光集中在與镅的化學(xué)性質(zhì)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(gòu)型上的差異實現(xiàn)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(shù)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(shù)瓶頸問題，王殳凹團隊從六價镅的配位化學(xué)性質(zhì)出發(fā)，設(shè)計了一例可精準匹配六價镅配位構(gòu)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(luò)合作用形成水溶性納米級復(fù)合物，從而率先實現(xiàn)了水溶液中六價镅的超長時間穩(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(yīng)用前景。
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