[發明專利]一種具有鋰同位素分離效應的苯并單氮雜冠醚接枝聚合物材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201710280809.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN108727589A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 楊博然;嚴峰;裴洪昌
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08G75/20
• 分類號: C08G75/20;C08G75/23;C08G8/02;B01D59/26
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本發明說明了一種具有鋰同位素分離效應的苯并單氮雜冠醚接枝聚合物材料及其制備方法。該聚合物是含氯甲基基團的聚砜、聚醚砜或聚醚醚酮為基體，以苯并單氮雜冠醚為側掛基團，通過化學鍵連接形成苯并單氮雜冠醚接枝聚合物。制備過程：聚砜、聚醚砜或聚醚醚酮與氯甲基化試劑之間在路易斯酸的催化作用下發生親電取代反應，制備帶有活性官能團氯甲基基團的聚合物，將含有活性氯甲基基團的聚合物與帶活性官能團羥基或氨基的苯并單氮雜冠醚溶解于一定的溶劑中，發生單分子親核取代反應完成化學接枝，最后加入沉淀劑中沉淀即得聚合物。本發明所述的苯并單氮雜冠醚接枝聚合物含有冠醚基團，因此具有良好的鋰同位素分離特性。

技術領域

本發明屬于鋰同位素分離領域，涉及到一種具有鋰同位素分離效應的接枝聚合物及其制備方法，具體為一種具有鋰同位素分離效應的苯并單氮雜冠醚接枝聚砜、苯并單氮雜冠醚接枝聚醚砜或苯并單氮雜冠醚接枝聚醚醚酮接枝聚合物材料及其制備方法。

背景技術

鋰(Li)是最輕的金屬，全球蘊藏著豐富的鋰資源，其中我國是第三大鋰資源生產國，鋰的穩定同位素是由⁶Li和⁷Li兩種組成，其豐度分別約為7.5％和92.5％。⁶Li和⁷Li在核性能上不同，⁶Li被中子轟擊后生成氚和氦，使得聚變堆中氚能不斷增殖，所以⁶Li是必不可少的核聚變堆燃料。⁷Li則被用來作為核聚變反應堆的堆心冷卻劑和導熱的載熱劑，還可以作為釷堆熔鹽介質。由此可見，鋰的兩種同位素⁶Li和⁷Li在核能的開發和應用過程中具有及其重要的作用，而核能的開發和利用關系到國家能源安全與可持續發展戰略的實施。

鋰的兩種同位素即⁶Li和⁷Li實現分離的過程稱為鋰的同位素分離。目前，用于鋰同位素分離的方法有很多，大致可分為動力學分餾法和平衡態分餾法。動力學分餾法又可稱化學交換法，化學法包括鋰汞齊法、萃取法、離子交換色層分離法、分級結晶和分級沉淀等。平衡態分餾法又稱物理法包括電子遷移、熔鹽電解法、電磁法、分子蒸餾和激光分離等。在其中最為成熟的鋰同位素分離技術是鋰汞齊交換法和溶劑萃取技術。鋰汞齊交換法是唯一在工業上已獲得應用的方法，目前我國仍在使用該方法進行鋰同位素的生產。自Lindeman首先提出利用水溶液中的電解有可能分離同位素以來，Palko等研究了鋰汞齊交換體系，鋰鹽選取LiCl，分別使用THF，IPA，DMC，EDA作為溶劑，得到其對鋰同位素的單級平衡分離系數分別為1.035±0.007(27℃)，1.055±0.009，1.023±0.013，1.054±0.009(26℃)。40年代用此體系開始大規模生產⁶Li。其優點為分離系數大基本在1.05左右；交換速率快，在劇烈逆流條件下半交換期只有幾秒；體系容易形成兩相對流，有利于工藝流程的設計和級聯。但是這種方法同樣存在著很大的缺點，即分離過程中使用大量汞將會帶來環境和安全問題。而對于綠色高效的鋰同位素分離的方法，各國正在積極開展。溶劑萃取法是化學交換分離鋰同位素的另一重要方法，用于鋰同位素分離的萃取體系按萃取機理可以分為冠醚和穴醚中性鰲合萃取體系、中性溶劑溶劑化萃取體系、離子交換萃取體系、絡鹽共萃取體系、水相絡合萃取體系等。萃取分離鋰同位素需要經過三個步驟，即萃取、交換、反萃。萃取和反萃環節實現物料轉相回流，而交換環節實現同位素交換、富集。鋰同位素交換反應式可表示為：