專利名稱:循環(huán)利用離子液體的方法
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及處理廢離子液體的方法。下文提及的離子液體是在再加工核燃料中被使用過的離子液體，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可用于所有離子液體技術(shù)領(lǐng)域：
中，包括在核工業(yè)以外的應(yīng)用。
懸而未決的專利申請PCT/GB99/00246公開了再加工廢核燃料的方法，它包括將廢燃料或廢燃料的組成部分溶解在離子液體中，使易裂變物質(zhì)與放射性燃料中的其它組分基本上分離開。也公開了所獲得的離子液體的后續(xù)處理，通過溶劑萃取或電化學(xué)處理以回收已被溶解的鈾或钚。
除了易裂變材料，廢離子液體也含有與鈾一起溶解的易裂變產(chǎn)物。人們已付出較大的努力來開發(fā)一種在從混合物分離出鈾之后以適合將其轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定廢物形式的形式除去這些污染物的費(fèi)用低廉途徑。
可通過許多不同途徑中的任何一種或組合來實(shí)現(xiàn)污染物的除去。所選擇的易裂變產(chǎn)物如钚能夠通過施加合適的電位以電化學(xué)方式抽提。這一方法的缺點(diǎn)是電解是高成本的過程，尤其當(dāng)在工業(yè)規(guī)模上進(jìn)行時。
易裂變產(chǎn)物另外或進(jìn)一步地可通過添加有機(jī)溶劑來從離子液體中萃取。有機(jī)物質(zhì)的添加導(dǎo)致易裂變產(chǎn)物化合物的沉淀。沉淀物可從離子液體中過濾出來并在玻璃化步驟之前經(jīng)過煅燒被轉(zhuǎn)化成氧化物。清洗后的離子液體然后可被回收應(yīng)用于電解精煉中。
燃燒是除去污染物的另一可供選擇的方案，其中廢離子液體被加熱到超過200℃的溫度。這一過程的缺點(diǎn)可從經(jīng)濟(jì)的角度來度量；咪唑鎓鹽的燃燒導(dǎo)致二氧化碳、水和氮氧化物混合物(NOx)的產(chǎn)生。這意味著離子液體不能回收利用并在事實(shí)上遭毀壞。
由于工業(yè)中最大成本的一個因素是必需原料的成本，有助于通過回收利用來最大程度降低這些成本的任何方法顯然是更具誘惑的可供選擇的方案。
當(dāng)1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物在減壓下加熱時，離子液體部分地分解得到1-甲基咪唑，1-乙基咪唑，氯代甲烷和氯代乙烷。在最初的實(shí)驗(yàn)中，該熱解產(chǎn)物在室溫下放置2天和重新發(fā)生反應(yīng)得到1，3-二甲基咪唑鎓氯化物，1，3-二乙基咪唑鎓氯化物，和1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物的混合物。這些結(jié)果是令人驚奇的，因?yàn)闊岱纸庠谝郧氨徽J(rèn)為破壞了循環(huán)利用離子液體的任何電位。然而，對于這些實(shí)驗(yàn)，用于清潔離子液體的熱分解現(xiàn)在看來是經(jīng)濟(jì)上有吸引力的選擇方案。
優(yōu)選地，使分解產(chǎn)物與至少一種其它分解產(chǎn)物一起與污染物分離。分離可通過在加熱過程中的揮發(fā)來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個實(shí)施方案中，部分分解產(chǎn)物通過蒸餾與至少一種其它分解產(chǎn)物分離。
優(yōu)選地，離子液體在200-300℃或更優(yōu)選220℃-250℃的溫度下在2mmHg或更低的低壓下被加熱。
本發(fā)明的詳細(xì)敘述廢離子液體例如1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物被易裂變產(chǎn)物所污染，還可能被有機(jī)輻射分解產(chǎn)物所污染，并需要進(jìn)行處理，為的是以適合于將其轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定廢物形式的形式回收易裂變產(chǎn)物。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，離子液體在200℃-300℃范圍內(nèi)的溫度下在減壓下加熱。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，1-甲基-3-乙基咪唑鎓在低于2mmHg的壓力下在220-250℃的溫度下加熱2-3小時。這些條件允許離子液體發(fā)生僅僅部分的分解，因此允許回收離子液體中的盡可能多的有用組分化合物。應(yīng)該理解的是，部分分解的條件對于不同取代的咪唑鎓鹽和對于它們的不同混合物都是不同的。
離子液體的熱解導(dǎo)致?lián)]發(fā)性熱解產(chǎn)物的生成。對于1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物，這些產(chǎn)物是1-甲基咪唑，1-乙基咪唑，氯代甲烷和氯代乙烷。氯代乙烷然后分解成氯化氫和乙烯。
揮發(fā)性產(chǎn)物被收集在冷阱中，混合物的后續(xù)蒸餾可以分離出各組分。最具揮發(fā)性的組分是氯化氫和乙烯。氯化氫能夠使用氫氧化物滌氣器從系統(tǒng)中清洗掉，乙烯能夠裝瓶或作為副產(chǎn)物燃燒。
1-甲基咪唑和1-乙基咪唑能夠通過蒸餾來分離，以使特定的離子液體1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物得到再生。應(yīng)該理解的是，針對1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物，1，3-二甲基咪唑鎓氯化物和1，3-二乙基咪唑鎓氯化物的混合物進(jìn)行操作的工藝是不需要分離過程的。
如果需要特定的離子液體1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物，分離出的1-甲基咪唑與氯代乙烷反應(yīng)，從而使最初的離子液體1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物再生。因?yàn)橥ㄟ^分解，一些氯代乙烷已損失掉了，添加新鮮的氯代乙烷以完全再生該離子液體。1-乙基咪唑與氯代甲烷反應(yīng)來使離子液體1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物再生。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，易裂變產(chǎn)物殘余物經(jīng)過煅燒轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的廢物形式。在另一實(shí)施方案中，易裂變產(chǎn)物殘余物與硼酸反應(yīng)而被轉(zhuǎn)化成可作廢棄處理的合適形式。
權(quán)利要求
1.處理包含離子液體和污染物的廢離子液體組合物的方法，該方法包括加熱所述的離子液體以形成它的部分分解產(chǎn)物，將該產(chǎn)物與所述污染物分離開，然后讓分離出的產(chǎn)物與反應(yīng)試劑反應(yīng)再生所述的離子液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的部分分解的產(chǎn)物和至少一種其它分解產(chǎn)物一起與所述污染物分離開。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2或權(quán)利要求
3的方法，其中所述的部分分解的產(chǎn)物通過蒸餾與至少一種其它分解產(chǎn)物分離開。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的部分分解的產(chǎn)物與至少一種其它分解產(chǎn)物反應(yīng)來使所述的離子液體再生。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的分離是通過在加熱過程中的揮發(fā)來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的離子液體是1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中所述的部分分解的產(chǎn)物是1-甲基咪唑，1-乙基咪唑，氯代甲烷和氯代乙烷的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中1-甲基咪唑與氯代乙烷反應(yīng)來再生1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求
5的方法，其中所述的部分分解的產(chǎn)物是1-乙基咪唑。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的方法，其中1-乙基咪唑與氯代甲烷反應(yīng)來再生1-甲基-3-乙基咪唑鎓氯化物。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的離子液體在減壓下被加熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的方法，其中所述的壓力是2mmHg或更低。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中所述的離子液體被加熱至200-300℃的溫度。
14.根據(jù)權(quán)利要求
13的方法，其中所述的離子液體被加熱至220-250℃的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求
3-14中任何一項(xiàng)的方法，其中從所述的離子液體的揮發(fā)得到的揮發(fā)性產(chǎn)物被收集在冷阱中。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中氯化氫是通過加熱所述的離子液體來產(chǎn)生的并通過使用氫氧化物滌氣器從系統(tǒng)中將之清除掉。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求
中任何一項(xiàng)的方法，其中通過加熱所述的離子液體而產(chǎn)生乙烯。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其中所述的乙烯被裝瓶或作為副產(chǎn)物燃燒。
19.再加工核燃料和處理被易裂變產(chǎn)物污染的鹽廢料的工藝，該工藝包括任一前述權(quán)利要求
的方法。
20.根據(jù)權(quán)利要求
19的工藝，其中將所述的易裂變產(chǎn)物污染殘余物分離出來并在廢棄處理之前煅燒。
21.根據(jù)權(quán)利要求
19的工藝，其中在廢棄處理之前，使所述的易裂變產(chǎn)物污染殘余物與硼酸反應(yīng)。
22.熱分解在廢離子液體的處理中的用途，其中分解產(chǎn)物被用于離子液體的再生。
23.根據(jù)權(quán)利要求
23的用途，其中所述的離子液體被用于廢核燃料的再加工。
專利摘要
處理廢離子液體組合物的方法,包括加熱該組合物以形成它的部分分解的產(chǎn)物。將該產(chǎn)物與組合物污染物分離,分離出的產(chǎn)物與反應(yīng)試劑反應(yīng)來再生離子液體。
文檔編號G21F9/08GKCN1375103SQ00811751
公開日2002年10月16日 申請日期2000年8月21日
發(fā)明者A·J·簡波斯, R·C·蒂得, 肯尼斯·理查德·澤登, W·R·皮特勒, D·W·魯尼, 賈斯廷·E·哈特, T·韋爾頓 申請人:不列顛核燃料公開有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan