Ultrafiltration separation of Am(VI)-polyoxometalate from lanthanides

镧系元素 化学 多金属氧酸盐 锕系元素 铀酰 硝酸 无机化学 水溶液 超滤(肾) 离子 物理化学 催化作用 有机化学 色谱法
作者
Hailong Zhang,Ao Li,Kai Li,Zhipeng Wang,Xiaocheng Xu,Yaxing Wang,Matthew V. Sheridan,Han‐Shi Hu,Chao Xu,Evgeny V. Alekseev,Zhenyi Zhang,Pu Yan,Kecheng Cao,Zhifang Chai,Thomas E. Albrecht‐Schmitt,Shuao Wang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:616 (7957): 482-487 被引量:229
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05840-z
摘要

Partitioning of americium from lanthanides (Ln) present in used nuclear fuel plays a key role in the sustainable development of nuclear energy1-3. This task is extremely challenging because thermodynamically stable Am(III) and Ln(III) ions have nearly identical ionic radii and coordination chemistry. Oxidization of Am(III) to Am(VI) produces AmO22+ ions distinct with Ln(III) ions, which has the potential to facilitate separations in principle. However, the rapid reduction of Am(VI) back to Am(III) by radiolysis products and organic reagents required for the traditional separation protocols including solvent and solid extractions hampers practical redox-based separations. Herein, we report a nanoscale polyoxometalate (POM) cluster with a vacancy site compatible with the selective coordination of hexavalent actinides (238U, 237Np, 242Pu and 243Am) over trivalent lanthanides in nitric acid media. To our knowledge, this cluster is the most stable Am(VI) species in aqueous media observed so far. Ultrafiltration-based separation of nanoscale Am(VI)-POM clusters from hydrated lanthanide ions by commercially available, fine-pored membranes enables the development of a once-through americium/lanthanide separation strategy that is highly efficient and rapid, does not involve any organic components and requires minimal energy input.
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