Ultra-Efficient Americium/Lanthanide Separation through Oxidation State Control

化学 镧系元素 锕系元素 氧化态 乏核燃料 核燃料循环 分离过程 溶剂萃取 配体(生物化学) 居里 萃取(化学) 放射性废物 无机化学 核化学 金属 有机化学 离子 色谱法 生物化学 受体
作者
Zhipeng Wang,Jun‐Bo Lu,Xue Dong,Qiang Yan,Xiaogui Feng,Han‐Shi Hu,Shuao Wang,Jing Chen,Jun Li,Chao Xu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (14): 6383-6389 被引量:65
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00594
摘要

Lanthanide/actinide separation is a worldwide challenge for atomic energy and nuclear waste treatment. Separation of americium (Am), a critical actinide element in the nuclear fuel cycle, from lanthanides (Ln) is highly desirable for minimizing the long-term radiotoxicity of nuclear waste, yet it is extremely challenging given the chemical similarity between trivalent Am(III) and Ln(III). Selective oxidation of Am(III) to a higher oxidation state (OS) could facilitate this separation, but so far, it is far from satisfactory for practical application as a result of the unstable nature of Am in a high OS. Herein, we find a novel strategy to generate stable pentavalent Am (Am(V)) through coordination of Am(III) with a diglycolamide ligand and oxidation with Bi(V) species in the presence of an organic solvent. This strategy leads to efficient stabilization of Am(V) and an extraordinarily high separation factor (>104) of Am from Ln through one single contact in solvent extraction, thereby opening a new avenue to study the high-OS chemistry of Am and fulfill the crucial task of Ln/Am separation in the nuclear fuel cycle. The synergistic coordination and oxidation process is found to occur in the organic solvent, and the mechanism has been well elucidated by quantum-theoretical modeling.
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