Ziel des Teilprojekts wird sein, in einer vergleichenden Studie von Actinid- und Lanthanid-Komplexen ein fundiertes Verständnis ihrer elektronischen und molekularen Strukturen zu gewinnen. Dieses Verständnis soll dazu dienen, eine wissenschaftliche Basis zur Optimierung von Prozessen zur Trennung von Actiniden und Lanthaniden aufzubauen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden multifunktionelle N-Donor-Ligandensysteme und deren Komplexe mit Actinid- bzw. Lanthanidkationen synthetisiert. Anschließend werden diese Komplexe mit fortgeschrittenen spektroskopischen Methoden (NMR, XAFS, XRD, SQUID, EPR, etc.) charakterisiert, wobei der instrumentelle Schwerpunkt auf NMR-Untersuchungen liegen wird. Ausgewählte Ligandensysteme werden gezielt auf ihre Eignung als selektive Extraktionsmittel untersucht. Die Teilprojekte der AKs Roesky und Breher umfassen folgende Arbeitsschritte: 1. Synthese geeigneter Ligandensysteme, 2. Darstellung von Lanthanid- und Actinid-Komplexen 3. Spektroskopische und strukturelle Untersuchungen der Komplexe, 4. Extraktionsstudien unter prozessrelevanten Bedingungen, 5. Bereitstellung optimierter Liganden für die Projektpartner. Gemeinsam erbrachte Ergebnisse werden publiziert bzw. patentiert. Als Spin-off dieser Arbeiten ist zu erwarten, dass ein grundlegendes Verständnis der Unterschiede zwischen der Chemie der Actiniden und Lanthaniden sowie ihrer elektronischen Strukturen und Bindungsverhältnisse auch für z.B. materialwissenschaftliche Entwicklungen verwendet werden kann. Die Ergebnisse tragen direkt zur Optimierung von Prozessen zur effektiven Abtrennung langlebiger Radionuklide (Partitioning) und damit zu einer sicheren Entsorgung radioaktiver Abfälle bei.
Im Rahmen des beantragten Projekts werden die Forschungsaktivitäten aller Projektpartner gebündelt, um alle zur Entwicklung von auf Flüssig-Flüssig-Extraktion basierten Abtrennprozessen für Actiniden ('Partitioning') erforderliche Aspekte zu untersuchen und weiterzuentwickeln. Ein fundiertes Verständnis des Extraktionsmechanismus auf molekularer Basis wird angestrebt, um dies zur Synthese von maßgeschneiderten als Extraktionsmittel wirkenden Liganden und zur Entwicklung optimierter Abtrennprozesse zu verwenden. Der Schwerpunkt der Arbeiten des Antragstellers wird die Entwicklung von kontinuierlichen Prozessen zur selektiven Abtrennung der dreiwertigen Actiniden von den Lanthainiden sein (Forschungsziel C). Als Voraussetzung für die Prozessentwicklung ist die Ermittlung der thermodynamischen Gleichgewichts- und kinetischen Extraktionsdaten aller im Prozess involvierten Elemente notwendig. Vor diesem Hintergrund wird zunächst im Forschungsziel B in einfachen Screening-Tests in Kooperation mit den Ligandenherstellern (Uni KA, Uni ER) eine Vorauswahl einiger vielversprechender Liganden zur selektiven Trennung getroffen. In enger Kooperation mit FZK-INE werden anschließend die Prozessparameter für einen kontinuierlichen Prozess im Labormaßstab mit Hilfe von Computerprogrammen modelliert. Schließlich erfolgt die experimentelle Verifizierung der Prozesse in Zentrifugalextraktoren oder Mixer-Settlern.