第27卷第4期核 化 学 与 放 射 化 学Vol.27No.4
2005年11月Journal of Nuclear and RadiochemistryNov.2005
收稿日期:2005205213; 修订日期:2005208210
作者简介:任同祥(1980—),男,河南新乡人,硕士研究生,核化学专业。
文章编号:025329950(2005)0420203207
从高放废液中分离79Se的流程研究
任同祥1,2,张生栋1,郭景儒1,崔安智1,吴王锁211中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京 102413;21兰州大学放射化学与核环境化学研究所,甘肃兰州 730000
摘要:建立了离子交换法与沉淀法相结合的、从高放废液中分离79Se的放化流程。该流程具有去污效果好的
特点,对137Cs,90Sr,90Y,99Tc,154Eu的去污因子大于104,对125Sb,113Sn的去污因子大于103,对237Np为2×
102。整个流程的收率约为53%。由该流程分离出的79Se样品能够很好地满足液闪测量和质谱测量的要求。关键词:
79
Se;分离;离子交换;沉淀
中图分类号:TL922 文献标识码:A
79Se是一个纯β长寿命裂变核素,能量为15017keV,其裂变产额为010447%[1]。测量79Se核数据时需从裂变产物中提取放化纯的79Se。在79Se的放化分离研究中,主要分离方法有蒸馏法[2,3]、沉淀法[3,4]、溶剂萃取法[4]和离子交换法[5,6]等。与其它方法相比,离子交换法避免了过多盐份和可能的同量异位素(如79Br)的引入。Dewberry等[5]和Comte等[6]先后以离子交换法为主建立了从高放废液中分离79Se的流程。但是Dewberry等建立的流程非常繁琐,而Comte等建立的流程能够满足多接收电感耦合等离子质谱(MC2ICP2MS)测量79Se原子数的要求,但由于对237Np和125Sb等的去污效果不好,不能满足用低本底液闪谱仪测量79Se放射性活度的要求。本工作在Comte等建立的流程的基础上,拟建立以离子交换法与沉淀法相结合从高放废液中分离79Se的放化流程,使由该流程分离出的79Se能够很好地满足液闪测量和质谱测量的要求,为79Se半衰期的准确测量提供方法。1 实验部分111 试剂与仪器11111 试剂 强酸型阳离子交换树脂,0111～0113mm,英国PERMUTIT,REGD1T1M1产品;强碱型阴离子交换树脂,0115～0118mm,上海树脂厂产品;去离子水由中国原子能科学研究院院放射化学研究所提供,电阻率为1812MΩ・cm;
其它试剂均为分析纯。99Tcm指示剂由中国原子能科学研究院院同位素研究所提供,
237
Np指示剂
由中国原子能科学研究院院放射化学研究所提供,
137Cs,90Sr290Y,125
Sb等指示剂从裂变产物中
提取,
113Sn,75
Se等指示剂由中子活化反应制备;
闪烁液,optiPhase‘Hisafe’3,Wallac;
14
C标准溶
液,总活度为1175kBq,相对标准偏差为011%,
英国AmershamInternational产品。11112 仪器 GEM70P2PLUS型HPGe多道γ谱仪,美国ORTEC公司生产,与美国多道计算机系统连接;BP211D电子天平,德国Sartorius公司生产,精度为十万分之一;QAUNTALUS1220
型低本底液闪谱仪和DSP2Scint阱型NaI(Tl)单道γ谱仪,美国ORTEC公司生产;ICP2MS,英国Micromass公司生产。112 实验装置阴离子交换柱,<4mm×240mm,柱子的下端连有一细塑料软管并用弹簧夹夹住,通过弹簧夹调节流速;阴阳离子混合柱,<4mm×480mm,
其中阳离子树脂在柱子的上部,柱高320mm,阴离子树脂在柱子的下部,柱高160mm,中间用少量玻璃毛隔开。113 实验方法11311 树脂预处理 阴离子交换树脂在使用前
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net先用不少于15倍于树脂量的6mol/LHCl浸泡过夜,然后弃去浸泡液,用去离子水洗涤树脂3次,以洗去杂质离子并洗至中性,最后将处理后的树脂浸泡在去离子水中。阳离子树脂为Na+型,使用前先用不少于15倍于树脂量的6mol/L的HCl在间歇搅拌下浸泡数小时,使其转换成H+型,然后弃去浸泡液,重复两次后用去离子水洗涤树脂3次,以除去杂质离子并洗至中性,最后将处理后的树脂浸泡在去离子水中。11312 Na2SeO3载体溶液标定 称取一定量的分析纯Na2SeO3于一干净的称量瓶中,将其放置于干燥箱内110℃下干燥1h,以除去其中可能含有的水份,然后取出放于干燥器内冷却至室温。接着称取约35gNa2SeO3固体于一干净的50mL小烧杯中,用去离子水溶解,溶液转移到一干净的200mL容量瓶中,定容并摇匀。准确称取上述Na2SeO3溶液(1～2g)于一干净的50mL烧杯中,加入15mL1mol/LNa2SO3,在搅拌下缓慢滴加12mL浓HCl(调节酸度至5mol/L),滴加完后继续搅拌1min,放置过夜。用恒重了的G4玻璃砂漏斗抽滤Se沉淀。并依次用浓HCl、去离子水和乙醇各清洗沉淀2遍,最后将沉淀置于干燥箱内110℃下干燥恒重,计算载体溶液中Se的质量分数(w)为30137×10-3。11313 阴离子树脂柱分离 将经过预处理的阴离子树脂装柱,用15mL8mol/LHCl洗涤,然后将一定量(012～013g)的高放废液(介质为6mol/LHCl)上柱,用15mL8mol/LHCl淋洗,流速为013mL/min,收集全部流出液。11314 阴阳离子混合柱分离 将上述阴离子柱的流出液15mL置于电炉上缓慢加热(保证溶液不沸腾)至溶液近干,然后加入3mL0175mol/LHNO3继续加热至近干,重复两次后加入1mL0175mol/LHNO3溶解。将得到的溶液上阴阳离子混合柱,用20mL013mol/LHNO3淋洗,流速为0116mL/min,收集全部流出液。取其中1mL用HPGe探测器测量γ放射性;另取1mL稀释至8mL后,用ICP2MS测量其中的U,Np,Pu的量。11315 Na2SO3沉淀分离 称取一定量(7g左右)的流出液,加入一定量(约1g)的Na2SeO3溶液,并加入Cs,Sr,Sb反载体溶液(质量分数均为10×10-3)各012g和110mL浓HNO3。将溶液置于70～80℃水浴中加热使同位素交换完全,然后往溶液中加入110mL浓HCl并将其置于红外灯下以驱赶HNO3,重复操作2次。接着用20mL浓HCl和5mL去离子水溶解样品,
搅拌下缓慢滴加1mol/LNa2SO3溶液以沉淀Se,直到出现紫红色沉淀,然后再滴加2～3mL,加完后继续搅拌1min,放置过夜。离心,洗涤沉淀,并将沉淀转移到一恒重过的小烧杯内,红外灯下烤干后置于干燥箱内。将得到的沉淀用少量的浓HNO3溶解,重复沉淀一次。最后用尽量少的浓硝酸溶解沉淀,并用去离子水稀释至1mL左右,将得到的溶液用HPGe探测器测量。
图1 沾污核素和Se在阴离子树脂上的淋洗曲线Fig.1 Elutioncurvesof75Se,125Sb,237Npand99Tcmonanionexchangeresin
2 结果和讨论211 阴离子交换分离Se在酸性介质中硒以亚硒酸中性分子形式存在,而U,Np,Pu,Sb,Tc等以阴离子形式存在。在用8mol/LHCl洗涤阴离子交换树脂时,Se随洗涤液一起流出,而U,Np,Pu,Sb,Tc等则被吸附在阴离子树脂上。实验中所用各指示剂的计数率为:
75Se,319×102s-1;237Np,8×103s-1;125
Sb,
419×103s-1和99Tcm为912×103s-1。各指示剂
在使用前先将溶液介质转换为8mol/LHCl,然后再上柱。流出液用聚乙烯γ计数管收集,每管中流出液的体积为1mL。流出液用DSP2Scint
阱型NaI(Tl)单道γ谱仪测量。各核素在阴离子树脂上的淋洗曲线示于图1。从图1可以看出,
75Se主要集中在前8mL流出液中,此时,有少量
的237Np流出,而125Sb和99Tcm则完全吸附在阴离子树脂上。
402核化学与放射化学 第27卷
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net212 阴阳离子混合柱分离Se用混合柱分离的目的是为了除去Se流出液中残留的阴离子沾污核素以及137Cs,90Sr,90Y,
RE3+等阳离子沾污核素。而Se会随洗涤液一起
通过树脂柱。实验中所用各指示剂的计数率为:
75Se,313×102s-1;137Cs,614×103s-1;90
Sr2
90Y,110×104s-1;113Sn,315×102s-1;99Tcm,
2165×106s-1和125Sb为116×102s-1。各指示剂
在使用前先将溶液的介质转换为013mol/L
HNO3,然后再上柱。流出液用聚乙烯γ计数管收集,每管中流出液的体积为2mL。流出液用DSP2Scint阱型NaI(Tl)单道γ谱仪测量。图2为各核素在混合柱上的淋洗曲线。从图2可以看出,
75
Se主要集中在前10mL流出液中,此时有
99Tcm(与加入量相比,流出来的99Tcm不到
011%),并有少量的125Sb(主要集中在6～12号溶液中),而137Cs,90Sr290Y和113Sn等都吸附在树
脂上。当用013mol/LHNO3淋洗时,
237
Np在混
合柱上不吸附。为了检验阴离子交换柱和混合柱对高放废液中其它裂变产物的去污情况,取一定量的高放废液通过这两个离子交换柱。用HPGe探测器测量流出液的γ谱图并示于图3。从图3可以看出,有少量的137Cs流出。此外,125Sb也没有被完
全吸附,而Eu等其它γ核素已得到了很好的去除。这两步离子交换对主要沾污核素的去污因子列入表1中(在没有探测到高于本底的放射性计数时,流出液中的放射性计数以小于本底计数的3倍标准偏差(3σ)计)。
图2 沾污核素和Se在阴阳离子混合柱上的淋洗曲线Fig.2 Elutioncurvesof75Se,125Sb,137Cs,90Sr290Y,113Snand99Tcmonionexchangechromatography
表1 两步离子交换对各核素的去污因子Table1 Totaldecontaminationsofanionexchangeandionexchangechromatographytosomenuclides