不同侧链冠醚-离子液体萃取分离锂同位素的研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 5次 | 上传用户:wudidewohaha
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自然界中能稳定存在的锂同位素为6Li和7Li,其自然丰度值分别为7.42%和92.58%。锂及其同位素在核化学和核工业中占据着重要的地位。6Li受热中子轰击后产生氚(T),是可控热核聚变反应堆必不可少的核聚变燃料;7Li不参与热核聚变反应,但其化合物可以调控核裂变反应和维护设备,如超纯7LiF可作为聚变反应堆的冷却剂,7LiOH可以作为压水堆的pH值调节剂,有效降低反应设备的腐蚀。同时,随着全球经济的高速发展,环境问题和能源危机日益严峻的局势下,绿色高效的核聚变能已成为世界各国开发的重点,因此,对原料锂同位素的分离和开发利用已经引起众多科研工作者的重视,并且也具有十分重要的意义。本文利用离子液体和苯甲醚做协萃剂和溶剂,冠醚作为萃取剂构建绿色高效的萃取分离锂同位素体系,探究其分离锂同位素的能力,具体研究内容如下:(1)不同侧基冠醚萃取分离锂同位素的研究:以4-硝基苯并-15-冠醚-5(4-NO2-B15C5),4-氨基苯并-15-冠醚-5(4-NH2-B15C5)和苯并-15-冠醚-5(B15C5)做萃取剂,以苯甲醚和1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐作稀释剂和协萃剂,以1mol/L LiCl溶液作萃取溶剂,构建了绿色高效的冠醚-离子液体/锂盐溶液的溶剂萃取体系。重点考察了冠醚浓度、阴离子效应和冠醚侧基等对锂同位素分离的影响,所有实验均在室温下进行。结果表明这三种冠醚都具有较好的分离锂同位素的能力,锂离子和冠醚以2:1的摩尔比形成复合物被萃取到有机相中。在较优的实验条件下,单级分离系数都达到1.03以上,6Li被富集到有机相中。萃取率(E%)顺序依次为:4-NH2-B15C5>B15C5>4-NO2-B15C5,但6Li的富集度与上述顺序恰好相反。(2)新型苯并-15-冠醚-5类冠醚萃取分离锂同位素的研究:基于上述实验现象与结果,选取新型苯并-15-冠醚-5类螯合剂作为萃取剂,以苯甲醚和1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐作稀释剂和协萃剂,以1mol/L LiCl溶液作萃取溶剂,构建了新型萃取分离锂同位素的体系,重点考察了冠醚浓度和阴离子等对锂同位素分离的影响,所有实验均在室温下进行。结果表明该新型冠醚具有良好的分离锂同位素的性能,锂离子和冠醚以2:1的摩尔比形成复合物被萃取到有机相中,在较优条件下单级分离系数能达到1.036,6Li被富集到有机相中,且该新型冠醚在整个萃取过程中表现出了良好的疏水性。(3)多级逆流萃取分离锂同位素实验:用疏水性较好的新型苯并-15-冠醚-5类螯合剂作为萃取剂,同样以疏水性较好的1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐和苯甲醚作为协萃剂和溶剂,以1mol/L LiCl溶液作萃取溶剂,在实验室条件下人工构建了5级和20级的逆流萃取分离锂同位素实验。实验结果表明经过5级逆流萃取分离后,分离系数增加到了1.064,6Li的丰度从自然丰度的7.42%增加到了约7.85%。然后,经过20级逆流萃取实验后,分离系数和6Li的丰度值都呈现出先增大后减小的趋势,最高为1.077和7.93%,同时实验过程中产生的固体化合物也能富集6Li。总的实验结果说明该新型冠醚体系具有良好的分离锂同位素的应用前景。
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