冠醚接枝聚砜膜色谱设计及锂同位素分离效应

摘要

自然界中有两种稳定的同位素6Li和7Li。其中，6Li是核聚变反应中必不可缺的燃料，7Li可作为核聚变反应堆堆心冷却剂和导热的载热剂。因此，发展高效锂同位素分离技术是国际上发展钍基熔盐堆必须解决的关键技术。本文首次提出利用冠醚接枝聚砜多孔膜构建膜色谱体系，以淋洗色谱法分离锂同位素，为锂同位素分离开辟了一种新方法。 以4-氨基苯并-15-冠-5(AB15C5)和氯甲基化聚砜(CMPSf)为原料，通过亲核取代制备氨基苯并-15-冠-5接枝聚砜聚合物（PSf-g-AB15C5），采用反应-控制浸没沉淀相转化法制备冠醚接枝聚砜多孔膜。以该膜作为膜介质，采用层层叠加方法构筑出20层膜色谱柱，以淋洗色谱法探索其锂同位素吸附分离规律。结果表明，当锂盐(LiI)添加量为0.3 mg，淋洗速率为0.3 mL/min时，该膜色谱柱的最大理论塔板数为3.1，最大半峰宽5.402 cm，7Li丰度提高了0.06％。此外，7Li富集在溶液相中，6Li富集在膜相中。膜色谱固有分离因子高达1.01429。 采用20层膜填充的膜色谱柱构筑三级和五级膜色谱分离体系。当淋洗温度5℃时，其最大值理论塔板数高达4.8;淋洗剂pH为6时，色谱柱最大锂离子萃取率17.1％。7Li富集在色谱带前端，6Li富集于色谱带后端。随淋洗级数增加，7Li丰度提升了0.13％，6Li丰度提升了0.12％。此外，当LiI添加量为10mg时，经过五级淋洗之后，7Li丰度提升了0.19％，6Li丰度提升了0.17％。 构筑80层膜色谱柱，考察其锂同位素分离性能并探索锂同位素分离的热力学及动力学。结果发现，80层膜色谱柱7Li丰度提升了0.08％。该实验得到膜色谱锂同位素的单级分离因子的值为1.02098。随当淋洗液温度降低（25℃至5℃），其锂盐吸附量从0.43 mg/g提升至0.78 mg/g，膜色谱吸附热力学符合Freundlich吸附等温模型对锂离子的吸附属于准二级动力学吸附，即其吸附速率的大小由化学吸附控制。在吸附时间为120 min时，膜色谱达到最大动态吸附量为13.11 mg/g。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2研究目的

1．3研究内容

第二章文献综述

2．1锂同位素简介

2．2锂同位素分离方法

2．2．1萃取法

2．2．2锂汞齐交换法

2．2．3分级结晶和分级沉淀法

2．2．4熔盐电解法

2．2．5分子蒸馏法

2．2．6激光法

2．3膜色谱技术

2．3．1亲和膜色谱

2．3．2疏水膜色谱

2．3．3离子交换色谱

2．3．4多级膜色谱

2．4本章小结

第三章20层膜色谱设计及锂同位素分离性能研究

3．1本章内容

3．2实验部分

3．2．1实验材料

3．2．2设备仪器

3．2．3实验方法

3．3膜色谱柱设计与运行

3．4膜色谱柱性能测试方法

3．4．1色谱柱压力及渗透性

3．4．2理论塔板数

3．4．3分离因子

3．4．4萃取率

3．5结果与讨论

3．5．1单级膜色谱锂同位素分离性能

3．6本章小结

第四章20层多级膜色谱锂同位素分离性能研究

4．1本章内容

4．2实验部分

4．2．1实验材料

4．2．2设备仪器

4．3实验方法

4．3．1不同淋洗温度对淋洗曲线的影响

4．3．2不同pH对锂离子萃取率的影响

4．3．3三级膜色谱锂同位素分离性能

4．3．4多级淋洗膜色谱

4．4膜色谱再生

4．5本章小结

第五章多层数膜色谱淋洗性能及热力学动力学研究

5．1本章内容

5．2实验部分

5．2．1实验药品和设备

5．2．2多级联数膜色谱柱性能

5．3实验步骤

5．3．1不同级联数膜色谱性能

5．3．2 80层膜色谱热力学动力学研究

5．4结果与讨论

5．4．1不同级联数膜色谱柱性能

5．4．2不同级联数膜色谱柱淋洗曲线

5．4．3 80层膜色谱锂同位素分离性能

5．4．4等温吸附模型

5．4．5吸附动力学性能研究

5．5本章小结

第六章结论及下一步研究建议

6．1结论

6．2下一步建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢