基于锂同位素分离的大环聚醚及其固载化聚合物研究进展

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1、基于锂同位素分离的大环聚醸及其固载化聚合物硏究进展裴艳春，严峰，李建新J程煜，何本桥，崔振宇茯津工业大学材料科学与工程学院，中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津33C887〉摘要：锂同位素&Li和7』是核聚变所需的重要材料，故锂同位素分离是核能发展必需解决的难题.通过介绍大环聚醵溶剂萃取分离锂同位素及大环聚醛聚合物离子交换色层法分离锂同位素的概况，综述了国内外大环聚醸及其固载化聚合物在锂同位素分离方面的硏究现状及发展趋势，其中淋洗色谱法和膜色谱法是锂同位素分离的未来发展方向之一.关键

2、词：大环聚醛；聚醍接枝聚合物；锂同位素；分离因子中图分类号:TGCEB.8文献标志码：A文章编号：1CE57n着丰富的锂资源,探明储量约为3万上我国为收稿日期：R13O1-1O；修改稿收到日期：2D13CBC2基金项目：国家重点基础研究计划tol1CB51233D>家自然科学基金项目乞117绅00清年基金项目^123X363)第一作者简介：裴艳春©?•〉，女，甘肃平凉市人，硕士生，主要从事分离膜及锂同位素分离研究一*通讯作者,@^dnoo.acrn.an锂

3、在于各种矿物.流体和岩石中,全球蕴藏第三大锂资源生产国©5锂在自然界中存在6L5和7Li两种稳定的同付素，其丰度分别约为75%和92.5%日3fLi和7

4、_i菸性质差异称为锂同位素效应印.锂6和锂7具有截然不同的中子截面，在特定中子能谱下锂6的反圧截面是锂7的约ICED倍.因此，相对于锂6,锂7明收中子产生氟的最几乎可忽略不计巴另外，WsEt^获得锂离子半径为O.CEBe,并且音】证明得到6口半径大于丁口,其差值^-eLi-7Li)为4xqnpm,这即是锂同位素分离的原因fLi和丁Li在核性能上截然不同，

5、但是它们在核能开发过程中均起着极其重要的作用.核能作为新能源的一种,其开发过程中涉及到的主要反应是聚变反应.所谓聚变反应即利用氛6〉和冠斤〉聚合成氮

6、同位素分离即&Li和丁Li分离的过程称为锂同位素分离.6Li+n^T+4He+4.8M^/Q7Li+n^T4-4He+n-2.5M^/总之，核聚变反应堆可获得的能量受到锂同位素资源的限制.因此，锂同位素分离和提纯对于核能的开发和应用至关重要.目前，锂同位素分离的方法大致可分为化学法和物理法物理法包括熔盐电解法、电磁法、分子蒸懈.激光分离和电子迁移等.化学法包括锂汞齐法、溶剂萃取、离子交换色层分离、分级结晶和分级沉淀等.近年来，以大环聚醯及其固载化聚合物作为化学交换剂在锂同位素分离方面的应用研究已有很多相关

7、报道，特别是在溶剂萃取和离子交换色层法分离锂同位素方面的报道居多.本文就大环聚醛及其固载化聚合物在锂同位素分离方面的应用研究状况进行了较为系统的归纳、总结和概括.1大环聚瞇简介用于锂同位素分离的大环聚讎主要包括冠讎和穴ST图=所示为几种大环聚醛•冠醛是一类大环多龊类化合物，一般具有重复结构单元,其中X代表杂原子.=967年民曲36却合成出了一系列冠醞类化合物，并意外地发现它们能与碱金属、碱土金属离子及个别非金属离子形成稳走的、能溶解于有机溶剂的络合物.从此以后，冠醛化合物的研究被重视起来氐一⑷.穴醛是一

8、种双环大环聚讎，其基本结构是在两个氮原子之间，以3个带有氧原子的桥相连.以穴醸41功例，它的3个桥链上各有2WJ个氧原子.穴讎本身的三维结构，可以较好包络金属离子，并且参加配位的氧原子和氮原子均匀分布于空间，因而处于同金属离子络合配位特别有利的地位，这使它表现出很强的络合能力及高度选择性.苯并15-冠-50°O0穴・(221)双歩并IX-冠-6图H几种大环聚醸大环聚醛分子中处于环内侧的氧原子由于具有未共用电子对，并且分子中空穴大小不同.因此，凭借离子-偶极相互作用可与金属离子产生主茗体结合，在其大环空穴内

9、与金属离子形成稳定络合物他有环外夹心式的结合模式〉.且根据其环空穴与金属离子的匹配程度，对金属离子具有选择性结合能力砥图2所示为计算机模拟的12冠4的模型，图中红色区域代表负电荷区域,绿色代表中性区域，蓝色代表正电荷区域.从图2可以看出，冠醵分子中，正电荷所占区域很大，因而冠醞分子中心区域是呈负电性的，这就很容易解释为什么大环聚醞分子图2计算机模拟的12冠4的模型呵72Ccrrpi>sr^^r»^3dmocHI分离锂同位素包