[发明专利]一种具有锂同位素分离效应的苯并单氮杂冠醚接枝聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明说明了一种具有锂同位素分离效应的苯并单氮杂冠醚接枝聚合物材料及其制备方法。该聚合物是含氯甲基基团的聚砜、聚醚砜或聚醚醚酮为基体，以苯并单氮杂冠醚为侧挂基团，通过化学键连接形成苯并单氮杂冠醚接枝聚合物。制备过程：聚砜、聚醚砜或聚醚醚酮与氯甲基化试剂之间在路易斯酸的催化作用下发生亲电取代反应，制备带有活性官能团氯甲基基团的聚合物，将含有活性氯甲基基团的聚合物与带活性官能团羟基或氨基的苯并单氮杂冠醚溶解于一定的溶剂中，发生单分子亲核取代反应完成化学接枝，最后加入沉淀剂中沉淀即得聚合物。本发明所述的苯并单氮杂冠醚接枝聚合物含有冠醚基团，因此具有良好的锂同位素分离特性。

技术领域

本发明属于锂同位素分离领域，涉及到一种具有锂同位素分离效应的接枝聚合物及其制备方法，具体为一种具有锂同位素分离效应的苯并单氮杂冠醚接枝聚砜、苯并单氮杂冠醚接枝聚醚砜或苯并单氮杂冠醚接枝聚醚醚酮接枝聚合物材料及其制备方法。

背景技术

锂(Li)是最轻的金属，全球蕴藏着丰富的锂资源，其中我国是第三大锂资源生产国，锂的稳定同位素是由⁶Li和⁷Li两种组成，其丰度分别约为7.5％和92.5％。⁶Li和⁷Li在核性能上不同，⁶Li被中子轰击后生成氚和氦，使得聚变堆中氚能不断增殖，所以⁶Li是必不可少的核聚变堆燃料。⁷Li则被用来作为核聚变反应堆的堆心冷却剂和导热的载热剂，还可以作为钍堆熔盐介质。由此可见，锂的两种同位素⁶Li和⁷Li在核能的开发和应用过程中具有及其重要的作用，而核能的开发和利用关系到国家能源安全与可持续发展战略的实施。

锂的两种同位素即⁶Li和⁷Li实现分离的过程称为锂的同位素分离。目前，用于锂同位素分离的方法有很多，大致可分为动力学分馏法和平衡态分馏法。动力学分馏法又可称化学交换法，化学法包括锂汞齐法、萃取法、离子交换色层分离法、分级结晶和分级沉淀等。平衡态分馏法又称物理法包括电子迁移、熔盐电解法、电磁法、分子蒸馏和激光分离等。在其中最为成熟的锂同位素分离技术是锂汞齐交换法和溶剂萃取技术。锂汞齐交换法是唯一在工业上已获得应用的方法，目前我国仍在使用该方法进行锂同位素的生产。自Lindeman首先提出利用水溶液中的电解有可能分离同位素以来，Palko等研究了锂汞齐交换体系，锂盐选取LiCl，分别使用THF，IPA，DMC，EDA作为溶剂，得到其对锂同位素的单级平衡分离系数分别为1.035±0.007(27℃)，1.055±0.009，1.023±0.013，1.054±0.009(26℃)。40年代用此体系开始大规模生产⁶Li。其优点为分离系数大基本在1.05左右；交换速率快，在剧烈逆流条件下半交换期只有几秒；体系容易形成两相对流，有利于工艺流程的设计和级联。但是这种方法同样存在着很大的缺点，即分离过程中使用大量汞将会带来环境和安全问题。而对于绿色高效的锂同位素分离的方法，各国正在积极开展。溶剂萃取法是化学交换分离锂同位素的另一重要方法，用于锂同位素分离的萃取体系按萃取机理可以分为冠醚和穴醚中性鳌合萃取体系、中性溶剂溶剂化萃取体系、离子交换萃取体系、络盐共萃取体系、水相络合萃取体系等。萃取分离锂同位素需要经过三个步骤，即萃取、交换、反萃。萃取和反萃环节实现物料转相回流，而交换环节实现同位素交换、富集。锂同位素交换反应式可表示为：