电解氧化破坏草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中草酸的研究

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H2C2O4在后处理流程中是作为硝酸钚的沉淀剂使用的,经草酸盐沉淀后的母液中含有微量钚,需要返回萃取流程进一步回收。但母液中H2C2O4的存在对钚的回收率有较大影响,所以需要尽可能地将H2C2O4除去。目前,我国后处理过程对草酸钚(Ⅳ)沉淀母液(OW)中H2C2O4的破坏方法是KMnO4蒸煮氧化法,采用该法会引入杂质离子,使后处理流程中盐分增加,从而增加了废物处理和处置费用。国外曾研究过浓HNO3高温氧化破坏H2C2O4、H2O2或O3氧化破坏H2C2O4、光降解破坏H2C2O4等无盐化方法,但都存在一些缺点。近年来由于电化学技术的发展,国外对于电解氧化破坏H2C2O4的研究已见报道,但仍未实现工业化。我国至今尚未开展电化学法破坏草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4的系统研究。因此本文主要针对草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4的电解氧化破坏开展相关基础研究,为后处理厂草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4的电化学破坏提供基础数据。研究内容主要有以下几方面:(1)研究了HNO3介质中H2C2O4在Pt电极上氧化的电化学行为,测定了H2C2O4阳极氧化反应的动力学参数。研究结果表明,H2C2O4在Pt电极上的氧化为不可逆反应,表观反应级数约为0.9,电子转移系数β为0.37,扩散系数D为0.208×10-5cm2/s;HNO3浓度、温度和电极材料的改变影响H2C2O4的阳极氧化电化学行为。(2)考察了HNO3介质中H2C2O4电解的多种因素影响,推荐了H2C2O4电解控制条件,给出了HNO3体系中H2C2O4电解的动力学方程,初步探讨了H2C2O4电解氧化机理。在推荐的电解控制条件下:阳极材料采用镀铂钛,阴极采用钛,电流密度25~37mA/cm2,HNO3浓度2~3mol/L,温度30℃~40℃,H2C2O4破坏率在98%以上。不同酸性介质对H2C2O4电解速率有显著影响,HNO3对H2C2O4的电解起促进作用,而H2SO4和HClO4介质中H2C2O4破坏速率明显降低;微量金属离子(Fe3+、MnO4-、Ag+)的加入能够较大提高H2C2O4电解速率。(3)研究了模拟草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4和Pu(Ⅳ)的电化学行为。HNO3介质中,Pu(Ⅲ)-Pu(Ⅳ)在Pt电极上的氧化还原反应为受扩散控制的准可逆过程。模拟草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4在Pt电极上氧化为受扩散控制的不可逆过程,Pu(Ⅳ)与H2C2O4形成络合物使Pu(Ⅲ)-Pu(Ⅳ)的氧化还原电位发生改变。(4)对模拟草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中的H2C2O4进行电解,考察了钚(Ⅳ)的存在对H2C2O4电解速率的影响以及钚价态在电解过程中的变化。结果表明,模拟草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中H2C2O4的电解速率与不含钚(Ⅳ)时基本一致,钚(Ⅳ)浓度在0.002~0.1g/L范围内变化,对H2C2O4的电解速率没有明显影响,H2C2O4破坏率均可达到98%以上。钚(Ⅳ)价态在电解过程中发生变化,有一定量的Pu(Ⅲ)和Pu(Ⅵ)生成。(5)对比实验结果表明,电化学氧化技术与传统的KMnO4蒸煮法相比,H2C2O4破坏速率可提高一倍。因此,电解氧化破坏草酸钚(Ⅳ)沉淀母液中的H2C2O4具有潜在的应用前景。
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