Mechanism of liquid-liquid solvent extraction of uranyl by tributyl phosphate; A Study using vibrational sum frequency generation spectroscopy

ウラニルのTBPによる溶媒抽出機構; 和周波発生分光法による研究

日下 良二  ; 渡邉 雅之   

Kusaka, Ryoji; Watanabe, Masayuki

ウラニルのTBPによる溶媒抽出は使用済み核燃料の処理に利用されている。TBPは界面活性であるため、溶媒抽出の際に有機相/水相界面に集まる。このことから有機相/TBP/水相界面が形成され、ウラニルは界面でTBPと錯体を形成し、有機相へ抽出されると考えられている。しかしながら、界面でどの様な構造の錯体が生成しているのか定かになっていない。この理由の1つは、ウラニルの溶媒抽出に関係する界面の分子レベルの構造が明らかになるような実験研究が行われていないからである。最近我々は、水表面で形成する抽出剤/水相の界面が、有機相/抽出剤/水相界面の良いモデルであることを提案し、和周波発生分光法(VSFG)によって、抽出剤/水相界面に存在する金属錯体の構造を調べることに成功した。本研究では、TBP/水相界面で生成したウラニルとTBP錯体の構造をVSFGによって調べることによって、ウラニルの溶媒抽出機構を研究することを試みた。その結果、驚くべきことにウラニルはTBP/水相界面でTBPと錯体を形成していないことが分かった。このことはTBPによるウラニルの溶媒抽出機構について再考する余地があることを示している。

Liquid-liquid solvent extraction of uranyl using tributyl phosphate (TBP) is a significantly important technique in treatments of spent nuclear fuels. In the solvent extraction, TBP comes to an organic/aqueous interface and forms an organic/TBP monolayer/aqueous interface because of the surface activity of TBP. At the interface, it is believed that the complex formation between uranyl and TBP takes place, and subsequently the uranyl-TBP complex transfers to an organic phase. However, the structure of the uranyl-TBP complex formed at the interface is controversial. This is partly because of no experimental studies on molecular-level structure at interfaces pertaining to the solvent extraction of uranyl. Recently, we proposed that an extractant/aqueous interface, formed on the surface of an aqueous solution, is a good model of an organic/extractant/aqueous interface, to investigate the structure of interfacial metal complexes using vibrational sum frequency generation (VSFG) spectroscopy. In the present study, we investigated the structure of theuranyl-TBP complex at the TBP/uranyl aqueous solution interface by VSFG spectroscopy. Surprisingly, interface-selective vibrational spectra obtained by VSFG suggests that uranyl does not form a complex with TBP at the TBP/uranyl aqueous solution interface. This result proposes that we should reconsider the mechanism of the solvent extraction of uranyl by TBP.