锂同位素萃取分离新体系的研究

锂的两种稳定同位素6Li和7Li因其在能源材料和核工业等领域的重要应用而受到广泛关注。由于6Li和7Li的物理和化学性质十分相似，因而锂同位素分离具有相当大的挑战性。应用于工业分离的锂汞齐体系由于产生严重的环境问题，寻找新的锂同位素分离体系具有重要意义。本文进行萃取分离锂同位素新体系的探究，具体研究内容如下： 1、液-液萃取分离锂同位素新体系的研究：(1)探讨了四种直链醚萃取剂乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚对萃取锂同位素的影响，对萃取体系的相关参数：锂盐阴离子、锂盐浓度、萃取剂浓度、萃取时间进行了优化，对反萃剂进行了筛选，并初步探讨了体系的反应机理。四种直链醚萃取三氟乙酸锂最大单级分离系数为1.006±0.002，轻同位素6Li富集于有机相，重同位素7Li富集于水相。(2)考察了联萘酚和7-(4-乙基-1-甲基辛基)8-羟基喹啉作为萃取剂分离锂同位素体系的行为，研究萃取剂浓度、协萃剂浓度、氢氧化钠浓度对萃取锂同位素的影响，探究了体系的萃取机理。联萘酚萃取分离锂同位素的最大单级分离系数为1.007±0.002，轻同位素6Li富集于有机相；7-(4-乙基-1-甲基辛基)8-羟基喹啉萃取分离体系最大单级同位素分离系数1.003±0.002，7Li富集于有机相。 2、溶胶-凝胶材料掺杂离子液体和苯并15-冠-5固-液萃取分离锂同位素：合成了三种不同阴离子的疏水性咪唑基离子液体：[C8mim][BF4]、[C8mim][PF6]、[C8mim][(CF3SO2)2N]和苯并15-冠-5，并进行了结构表征。制备掺杂苯并15-冠-5和不同咪唑基离子液体的三种新型介孔硅胶复合材料IL15SGs (HF15SG，TF15SG和DF15SG)并首次用于锂同位素萃取分离。对固-液萃取体系参数包括锂盐浓度、水相初始pH和萃取时间进行了优化，并探讨了锂盐阴离子对萃取分离体系的影响。通过对体系的热力学参数研究，表明三种介孔硅材料萃取体系均是放热反应，正向反应为自发过程且体系的混乱程度减小。萃取络合物X-单晶衍射表明萃取机理为水相锂盐和固相冠醚络合形成[(Li0.5)2(B15)2(H2O)]+。固-液萃取的最大单级分离系数6Li-7Li达到1.046±0.002，轻同位素6Li富集于固相，而重同位素7Li富集于水相。通过对介孔硅胶材料萃取锂同位素的循环使用表明溶胶-凝胶材料的可再生性好。 3、离子液体浸渍XAD-7树脂萃取分离锂同位素：以XAD-7树脂为支撑担体分别制备了含有三种不同离子液体([C8mim][BF4]、[C8mim][PF6]、[C8mim][(CF3SO2)2N])和萃取剂(苯并15-冠-5)的浸渍树脂并首次用于锂同位素的固-液分离。探讨了固-液萃取体系锂盐阴离子、水相初始pH、萃取时间对萃取分离锂同位素的影响，并对体系的萃取分离机理进行了探究。通过探讨不同温度对萃取分离锂同位素的影响，得到了体系的热力学参数。测定了不同离子液体浸渍树脂材料对锂同位素的最大吸附量。固-液萃取体系中轻同位素6Li富集于固相，最大单级分离系数达到1.046±0.002。树脂的重复利用研究表明浸渍树脂易于再生。将溶胶-凝胶法制备的介孔硅材料和离子液体浸渍树脂体系的萃取参数进行了比较。