効率的なレドックス機能化深共晶溶媒を用いたネプツニウム(V)のその場還元および回収

科学分野:

• 核化学
• 材料科学
• 化学工学

背景:

• ネプツニウム（Np）分離は、核廃棄物再処理にとって極めて重要である。
• 従来の回収法では、効率的なNp(V)捕捉に苦労している。
• 先進的な燃料サイクルには、高度な溶媒の開発が鍵となる。

研究 の 目的:

• Np(V)回収のための新規疎水性深共晶溶媒（DES）の設計と合成。
• DESを用いたNp(V)のその場還元および抽出メカニズムの調査。
• 核廃棄物に関連する様々な困難な条件下でのDESの性能評価。

主な方法:

• トリ-n-オクチルホスフィンオキシド（TOPO）とジヒドロキシベンゼン異性体（カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン）を用いた3種類のDESを合成した。
• Np(V)の分配係数と還元効率を決定するために液々抽出実験を実施した。
• 配位子駆動還元プロセスの解明のためにメカニズム研究を実施した。
• 高塩分濃度、広範な温度範囲、およびガンマ線照射下でのDESの安定性を評価した。

主要な成果:

• TOPO-CC DESシステムは、広範な酸性度範囲（10^-3～2.0 M HNO3）にわたって優れたNp(V)抽出（D_Np最大85）を示した。
• 98%以上のNp(V)からNp(IV)へのその場還元を5分以内に達成した。
• 抽出は、TOPOとジヒドロキシベンゼンを含む「配位子駆動還元」メカニズムに従う。
• DESシステムは、高塩分濃度、温度変動、および有意なガンマ線照射（最大60 kGy）下で安定した性能を示した。

結論:

• 官能化DESを用いた統合的な「配位子駆動還元抽出」プロセスを開発し、効率的なNp(V)回収を実現した。
• TOPO-CC DESは、先進的な核燃料サイクルにおけるNp分離のための有望なグリーンで効率的な戦略を提供する。
• 本研究は、核廃棄物管理および再処理における調整されたDESの応用基盤を提供する。