用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用技术

本发明专利技术公开了一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用，所述锂同位素分离膜为冠醚主链型自具微孔聚合物膜，其制备具体为：单体二苯并冠醚经硝化、加氢还原，得2,6

【技术实现步骤摘要】
用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用


[0001]本专利技术涉及同位素分离
，特别涉及一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用。

技术介绍

[0002]锂(Li)是最轻的金属，其用途之一是可以提供新的能源。据估算，1kg锂含有的能量大约相当于4000吨标准煤，至少可以发电10000千瓦时。锂元素在自然界有6Li和7Li两种稳定同位素，其丰度分别约为7.5％和92.5％。6Li和7Li两种同位素在核电工业中都发挥着极其重要的作用，6Li被中子轰击后生成氚(T)和氦(He)，使得聚变堆中的氚能不断增殖，所以6Li是必不可少的核聚变堆燃料。7Li则通常被用来作为核聚变反应堆的堆心冷却剂和导热的载热剂，7Li还可以作为钍堆熔盐介质。6Li和7Li所起的作用存在一定差异，因此开发一种绿色、高效的锂同位素分离方法具有重要意义。
[0003]对锂同位素分离的方法大致可分为化学法和物理法。化学法包括锂汞齐法、离子交换色层分离、萃取、分级结晶和分级沉淀等；物理法包括电磁法、熔盐电解法、电子迁移、分子蒸馏和激光分离等。目前，已用于工业生产的方法只有锂汞齐法。然而锂汞齐法要使用大量金属汞，受汞量不足限制难以大规模提高生产能力，不能满足民用核能对锂同位素的需求。此外，汞对人体和环境的危害也是制约其发展的又一个重要因素。为避免使用有毒汞，发展具有良好分离因子的替代方法显得尤为关键。其中，使用冠醚或聚合冠醚作为锂同位素受体的溶剂萃取和固液萃取，是目前研究最为广泛、具有良好分离因子的方法。
[0004]基于冠醚的溶剂萃取法，主要是利用冠醚这类中性鳌合萃取剂在萃取过程中对6Li
+
和7Li
+
的离子选择效应，在交换环节实现同位素交换和富集的一种化学交换法。但是，该过程通常存在有冠醚难以重复利用、溶剂用量大、易于返混等技术难题。为了更好利用冠醚的萃取性能而规避溶剂萃取的短处，有研究以聚合物为载体，通过接枝等技术实现冠醚与聚合物的固定化，从而通过固
‑
液萃取的方法分离同位素。
[0005]然而，上述分离锂同位素的萃取过程在操作简便性、环保等方面仍需进一步提升。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用，本申请提供的自具微孔聚合物膜具有锂同位素选择效应的离子传输通道，可通过膜分离过程分离锂同位素，具有操作简便、可连续操作、环保等优点。
[0007]本专利技术提供一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜，其采用冠醚主链型聚合物制得，所述冠醚主链型聚合物具有式1结构，其中n为聚合度；
[0008][0009]优选地，所述自具微孔聚合物膜具有亲水性。
[0010]进一步优选地，所述自具微孔聚合物膜的厚度为60～80μm。
[0011]本专利技术提供如前所述的自具微孔聚合物膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、将将2，6
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二氨基
‑
二苯并
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15
‑
冠
‑5‑
醚通过 Base聚合，得到式1所示的冠醚主链型聚合物；所述2，6
‑
二氨基
‑
二苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚结构如式2所示；
[0013]S2、将所述冠醚主链型聚合物用溶剂溶解，然后使溶剂挥发，得到所述自具微孔聚合物膜；
[0014][0015]优选地，步骤S1中，所述式2所示的2，6
‑
二氨基
‑
二苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚按照以下方式获得：
[0016]首先，以二苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚为单体，氯仿为反应溶剂，乙酸作为脱水剂，使用硝酸将其进行硝化得到2，6
‑
二硝基
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二苯并
‑
15
‑
冠
‑5‑
醚；具体地，硝酸与单体的摩尔比为4：1，乙酸过量，硝化条件为70℃过夜反应。
[0017]然后，以乙醇作为反应溶剂，在保护气氛下，使用水合肼将所得的2，6
‑
二硝基
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二苯并
‑
15
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冠
‑5‑
醚还原，得到所述2，6
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二氨基
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二苯并
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15
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冠
‑5‑
醚。具体地，所述水合肼与2，6
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二硝基
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二苯并
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15
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冠
‑5‑
醚的摩尔比为50∶1，优选采用过量钯炭催化剂，还原条件为90℃过夜反应，保护气氛优选氮气。
[0018]优选地，步骤S1中，所述 Base聚合具体为：以三氟乙酸为反应溶剂，所述2，6
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二氨基
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二苯并
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15
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冠
‑5‑
醚与二甲氧基甲烷反应一定时间，得到式1所示的冠醚主链型聚合物。
[0019]优选地，步骤S2中，所述冠醚主链型聚合物溶解所用溶剂为氯仿，所得溶液质量浓度为1～2wt.％，在室温下使溶剂挥发，得到所述自具微孔聚合物膜。
[0020]本专利技术提供如前所述的自具微孔聚合物膜在分离6Li和7Li同位素中的应用。
[0021]本专利技术还提供如前所述的自具微孔聚合物膜在结合电渗析分离6Li和7Li同位素中的应用。
[0022]优选地，所述电渗析分离采用包括自聚微孔聚合物膜的系统进行，所述系统包括电源和依次排列的阴极板、电渗析膜组、阳极板；所述电渗析膜组为依次排列的阴离子交换膜、自具微孔聚合物膜、阴离子交换膜；所述阴极板与临近的阴离子交换膜之间形成阴极室，所述阳极板与临近的阴离子交换膜之间形成阳极室；所述电源的两极分别与阴极板、阳极板连接；向所述阴极室和阳极室供应电极溶液，向所述系统供应含有6Li
+
离子和7Li
+
离子
的电解质溶液。
[0023]优选地，所述依次排列的阴离子交换膜均为商业膜AMX。
[0024]优选地，所述阴极室与阳极室中所导入的电极溶液为硫酸钠溶液，浓度可为0.3mol
·
L
‑1。
[0025]优选地，所述电解质为硝酸锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、碳酸锂、硫酸锂、氯酸锂、高氯酸锂和氢氧化锂中的一种或多种。
[0026]优选地，所述电渗析分离维持恒流模式。
[0027]与现有技术相比，本专利技术提供了一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜及其制备方法与电渗析分离应用等。所述用于锂同位素分离的膜为冠醚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂同位素分离的自具微孔聚合物膜，其特征在于，采用冠醚主链型聚合物制得，所述冠醚主链型聚合物具有式1结构，其中n为聚合度；2.根据权利要求1所述的自具微孔聚合物膜，其特征在于，所述自具微孔聚合物膜具有亲水性。3.如权利要求1
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2任一项所述的自具微孔聚合物膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将2，6
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二氨基
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二苯并
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冠
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醚通过Base聚合，得到式1所示的冠醚主链型聚合物；所述2，6
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二氨基
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二苯并
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冠
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醚结构如式2所示；S2、将所述冠醚主链型聚合物用溶剂溶解，然后使溶剂挥发，得到所述自具微孔聚合物膜；4.根据权利要求3所述的自具微孔聚合物膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述式2所示的2，6
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二氨基
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二苯并
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冠
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醚按照以下方式获得：以二苯并
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冠
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醚为单体，氯仿为反应溶剂，乙酸作为脱水剂，使用硝酸将其进行硝化得到2，6
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二硝基
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二苯并
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醚；以乙醇作为反应溶剂，在保护气氛下，使用水合肼将所得的2，6
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二苯并
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冠<...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐铜文，杨正金，董煜，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：