Electrochemical and complexation behavior of neptunium in aqueous perchlorate and nitrate solutions

過塩素酸,硝酸水溶液中でのネプツニウムの電気化学,錯形成挙動の検討

池田 篤史  ; Hennig, C.*; Rossberg, A.*; Funke, H.*; Scheinost, A. C.*; Bernhard, G.*; 矢板 毅

Ikeda, Atsushi; Hennig, C.*; Rossberg, A.*; Funke, H.*; Scheinost, A. C.*; Bernhard, G.*; Yaita, Tsuyoshi

ネプツニウム(Np)は、核燃料サイクルに関連した分離プロセスにおいて重要視されているアクチノイド元素の一つである。実際の分離プロセスは溶液中で行われるため、分離剤の開発研究には、分離対象元素の各種溶液中での化学特性に関する基礎情報は必要不可欠である。本研究では、電気化学的(サイクリックボルタメトリー(CV)法と電気分解法)及び分光学的(紫外可視吸収分光(UV-vis)法とX線吸収微細構造(EXAFS)分光法)手法を用いて、Npの過塩素酸、及び硝酸水溶液中における電気化学的挙動と、溶存化学種の構造同定を行った。その結果、Np(III)/Np(IV)及びNp(V)/Np(VI)間の電気化学反応は両水溶液系において可逆、もしくは準可逆反応であるが、Np(III, IV)/Np(V, VI)間の反応は非可逆であることがわかった。また、EXAFS解析により、Np(IV)は過塩素酸溶液中では10水和物錯体である[Np(HO)]を形成していること、Np(V)とNp(VI)はneptunyl構造を有した5水和物錯体である[NpO(HO)]を形成していること等がわかった。

Electrochemical and complexation properties of neptunium (Np) are investigated in aqueous perchlorate and nitrate solutions by means of cyclic voltammetry, bulk electrolysis, UV-visible absorption and Np L-edge X-ray absorption spectroscopies. The redox reactions of Np(III)/Np(IV) and Np(V)/Np(VI) couples are reversible or quasi-reversible, while the electrochemical reaction between Np(III/IV) and Np(V/VI) is irreversible because they undergo the structural rearrangement from spherical coordinating ions (Np and Np) to transdioxo neptunyl ions (NpO, n = 1 for Np(V) and 2 for Np(VI)). A detailed analysis on extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectra suggests that Np(IV) forms a decaaquo complex of [Np(HO)] in 1.0 M HClO, while Np(V) and -(VI) exist dominantly as pentaaquo neptunyl complexes, [NpO(HO)] (n = 1 for Np(V) and 2 for Np(VI)).