Nuovi estraenti lipofili per la co-estrazione di attinidi e lantanidi da combustibile nucleare esaurito

The development of nuclear power is strongly limited by the problem of management of radioactive waste. The technological solution to this problem could increase the sustainability and social acceptance of this energy source. In recent decades, as part of international research focused on the strategy of Partitioning & Transmutation, have been proposed many multi-cycle separation advanced processes based on the co-extraction of actinides (An) and lanthanides (Ln) trivalent followed by their subsequent separation, and have been studied on a laboratory scale, or in hot tests on real waste, numerous molecules specifically designed to reach those goals. The present work aims to make a contribution in the study of new extractants dedicated to the co-extraction of An and Ln. To this end have been studied, by spiked solvent extraction test, the extractive capacity of three new lipophilic ligands (DMDCATHP, CHELO 1 and CHELO 2), synthesized by the University of Parma. Despite the limited solubility, the molecule DMDCATHP has been studied in various mixtures of kerosene/1-octanol and on the variation of the acidity of the aqueous phase, showing an efficiency and kinetics of extraction suitable for use in a centrifugal contactor and a satisfactory capacity to release the cations complexed in order to allow the recovery of the extracting phase. Moreover, it shows a separation factor between Eu and Am which is approximately 4, lower and therefore more favorable than that of the molecule currently taking as the reference for the co-extraction of An and Ln, called TODGA, which is approximately 8. The other two molecules considered, CHELO 1 and CHELO 2, have been studied in a limited way because of the poor solubility and the low efficiency, however, they show a separation factor close to one which is optimal to achieve the co-extraction. The results obtained were analyzed in the light of the structural characteristics of the compounds analyzed, the conditions adopted in the tests and the comparison with the behavior of TODGA, highlighting the solubility as the main limit and site complexing common that, due to the low separation factor, deserves to be further studied.

Lo sviluppo dell’energia nucleare è fortemente limitato dal problema della gestione delle scorie radioattive. La soluzione tecnologica a questo problema potrebbe aumentare la sostenibilità e l’accettazione a livello sociale di questa fonte di energia. Negli ultimi decenni, nell’ambito di ricerche internazionali dedicate alla strategia del Partitioning & Transmutation, sono stati proposti numerosi processi separativi avanzati multi-cycle, basati su co-estrazione di attinidi (An) e lantanidi (Ln) e loro successiva separazione, e sono state studiate, su scala di laboratorio o in hot test su real waste, diverse molecole progettate ad hoc per tali obiettivi. Questo lavoro di tesi si propone di contribuire allo studio di nuovi estraenti rivolti alla co-estrazione di An e Ln. A tal fine sono state studiate, mediante esperimenti tracciati di estrazione con solvente, le capacità estrattive di tre nuovi leganti lipofili (DMDCATHP, CHELO 1 e CHELO 2), sintetizzati dall’Università di Parma. Nonostante la solubilità limitata, la molecola DMDCATHP è stata studiata in più miscele di kerosene/1-ottanolo e al variare dell’acidità della fase acquosa, mostrando un’efficienza e una cinetica di estrazione adeguate per l’utilizzo in un contattore centrifugo e una soddisfacente capacità di rilascio dei cationi al fine di recuperare la fase estraente. Inoltre, mostra un fattore di separazione tra Eu ed Am pari a circa 4, minore, e quindi più favorevole, a quello della molecola attualmente di riferimento per la co-estrazione di An e Ln, denominata TODGA, pari a circa 8. Le altre due molecole considerate, CHELO 1 e CHELO 2, sono state studiate in modo limitato a causa della scarsa solubilità e bassa efficienza, tuttavia sembrano mostrare un fattore di separazione prossimo a uno, ottimale dunque per realizzare la co-estrazione. I risultati ottenuti sono stati analizzati alla luce delle caratteristiche strutturali dei composti analizzati, delle condizioni adottate nei test e del confronto con il comportamento del TODGA, mettendo in evidenza la solubilità quale principale limite e il sito complessante comune che dato il basso fattore di separazione merita di essere ulteriormente studiato.