Axit 2-Phosphonobutane-1,2,4-Tricarboxylic (PBTC) CAS: 37971-36-1

Nghiên cứu này trình bày khảo sát toàn diện đầu tiên về quá trình tạo phức trong dung dịch giữa uranyl(VI) (UO₂²⁺) và axit 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic (PBTC) – một chất phụ gia xi măng phổ biến – trên dải pH rộng (2–11), sử dụng kết hợp nhiều kỹ thuật quang phổ (NMR, Raman, ATR FT-IR, UV-Vis, TRLFS) và các tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT). Kết quả nghiên cứu cho thấy trong các dung dịch có dư PBTC, uranyl(VI) chủ yếu tạo thành các phức chất càng cua (chelate) bền vững với tỷ lệ 1:2; tại đây, mỗi phối tử PBTC liên kết thông qua nhóm phosphonate và nhóm carboxylate ở vị trí geminal (C2') để tạo thành vòng càng cua sáu cạnh. Kiểu liên kết này được duy trì trong hầu hết dải pH khảo sát; phức chất tỷ lệ 1:1 chỉ hình thành trong điều kiện axit mạnh với lượng dư phối tử thấp, trong khi sự tồn tại của phức chất tỷ lệ 1:3 bị loại trừ cả về mặt thực nghiệm lẫn lý thuyết. Dạng phức chất chủ đạo 1:2 này có hằng số độ bền cao (log K ≈ 9,7 ± 1) với năng lượng tự do tạo thành xấp xỉ -55,5 kJ/mol, đồng thời trải qua quá trình mất proton từng bước ở các nhóm carboxyl không tham gia liên kết khi pH tăng mà không làm thay đổi cấu trúc càng cua cốt lõi. Các đồng phân khác nhau (cấu hình syn/anti và cis/trans) của phức chất 1:2 cùng tồn tại và chuyển đổi qua lại linh hoạt, điều này được chứng minh qua phổ NMR của ¹⁷O và ³¹P. Ở mức pH và nồng độ uranium rất cao, một dạng phức chất ba thành phần U(VI)-PBTC-hydroxy sẽ hình thành; tuy nhiên, lượng PBTC dư thừa có khả năng ngăn chặn hiệu quả quá trình thủy phân và kết tủa uranyl ngay cả trong môi trường kiềm. Nghiên cứu kết luận rằng PBTC là chất tạo phức càng cua cực kỳ hiệu quả đối với uranyl(VI), mang lại ý nghĩa quan trọng cho việc đánh giá độ an toàn dài hạn của các kho lưu trữ chất thải hạt nhân, nơi PBTC bị rửa trôi từ vật liệu gốc xi măng có thể ảnh hưởng đến khả năng di chuyển của uranium.