CN105536707A - 一种分离锂同位素的材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分离锂同位素的材料的制备方法，该方法包括步骤：A、取四乙氧基硅烷置于反应容器中，向反应容器中加入超纯水和甲酸使所述四乙氧基硅烷水解；B、向所述水解后的四乙氧基硅烷加入具有冠醚结构的疏水性离子液体，形成溶胶；C、将所述溶胶在真空条件下干燥，形成介孔材料，获得所述分离锂同位素的材料；所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，所述阳离子为结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。本发明还公开了如上所述方法制备得到的分离锂同位素的材料及其应用。

Description

一种分离锂同位素的材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及介孔材料及锂同位素分离技术领域，尤其是一种分离锂同位素的材料及其制备方法和应用。
背景技术
锂(Li)是世界上最轻的金属元素，自然界中锂元素广泛存在于各种矿物、流体和岩石中，全球蕴藏着丰富的锂资源，探明储量约为3670万吨。
天然锂由锂6(6Li)和锂7(7Li)两种同位素组成，他们的丰度分别为7.52％和92.48％。6Li和7Li在原子能工业中的作用截然不同，6Li是发展可控热核聚变反应堆必不可少的燃料和国防战略安全保证的必须品。这是由于7Li的热中子吸收截面仅为0.037b，而6Li的热中子吸收截面可达940b，6Li比7Li更易被中子轰击后生成氚和氦，使氚(T)在反应堆中不断增殖。7Li则在核裂变的反应过程中对反应的调控和设备的维护中发挥着重要的作用，超纯7LiF可作为新一代熔融盐反应堆冷却剂和中性介质，7LiOH可以作为压水堆的pH调节剂，缓解容器设备的腐蚀问题。锂同位素6Li和7Li在核能源中分别具有十分重要的应用，将元素锂中的两种同位素分离即6Li和7Li分离的过程称为锂同位素分离。
目前，锂同位素分离方法大致可分为化学法和物理法。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。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。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。常用的交换体系有两种：锂汞齐与含锂化合物溶液之间的交换和两者有机溶液之间的交换。虽然锂汞齐与含锂化合物溶液交换具有很多优点，例如，分离系数α大，交换速度极快、易于实现两相回流等，但这种交换体系使用大量的汞给安全防护和环境保护带来很大麻烦。另外不同价态锂盐之间的交换，在回流过程中能耗较大也是一个不容忽视的问题。
中国专利申请CN102786616A公开了一种具有锂同位素分离效应的苯并冠醚接枝聚合物及其制备方法。该专利以含羟基的聚乙烯醇或聚乙烯-乙烯醇为主链，以苯并冠醚为侧挂基团，通过化学键连接形成苯并冠醚接枝聚合物，其形成的螯合树脂的单级分离系数最高可达1.046，但其固载量较小，交换周期长并且交换剂稳定性差。美国专利申请US4600566A公开了一种基于笼醚接枝苯乙烯-二乙烯苯树脂的色谱分离锂同位素分离的方法。该方法用笼醚树脂在无水的情况下，采用固相萃取分离锂同位素的过程中，消除了锂离子水合化效应，树脂的单级分离因子达到1.03～1.06。但是笼醚结构对锂离子强的络合能使锂离子脱附成为了新的问题，这限制了树脂材料的重复使用性。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种分离锂同位素的材料及其制备方法，该材料具有耐酸碱、耐高温、结构不易被破坏的优点，可多次重复使用；该材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素，锂的饱和吸附容量大，具有良好的锂同位素分离效能，并且通过萃取分离锂同位素的方式绿色环保。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明首先提供了一种分离锂同位素的材料的制备方法，该方法包括步骤：
A、取四乙氧基硅烷置于反应容器中，向反应容器中加入超纯水和甲酸使所述四乙氧基硅烷水解；
B、向所述水解后的四乙氧基硅烷加入具有冠醚结构的疏水性离子液体，形成溶胶；
C、将所述溶胶在真空条件下干燥，形成介孔材料，获得所述分离锂同位素的材料；
其中，所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，
所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；
结构式Ⅰ：其中，n等于1、2、3或4；
结构式Ⅱ：其中，m1、m2和m3分别等于0或1；
所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。
优选地，步骤A中，加入的超纯水和甲酸，使得四乙氧基硅烷和超纯水以及甲酸的体积比为8～12：4～8：1。
优选地，所述甲酸的浓度为0.02～0.06mol/L。
优选地，所述甲酸的浓度为0.05mol/L。
优选地，加入的超纯水和甲酸后，采用磁力搅拌2～8小时，使所述四乙氧基硅烷水解。
优选地，步骤B中，加入的具有冠醚结构的疏水性离子液体，使得所述具有冠醚结构的疏水性离子液体与所述四乙氧基硅烷的固液比为1g：2.5～10mL。
优选地，步骤C中，将所述溶胶干燥的温度为30～60℃，时间为12～36小时。
本发明还提供了按照如上所述的制备方法制备得到的分离锂同位素的材料，所述材料为包括无机硅基质组分和有机掺杂组分的介孔材料，所述无机硅基质组分为经过水解的四乙氧基硅烷，所述有机掺杂组分为具有冠醚结构的疏水性离子液体；所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，
所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；
结构式Ⅰ：其中，n等于1、2、3或4；
结构式Ⅱ：其中，m1、m2和m3分别等于0或1；
所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。
本发明还提供了一种如上所述的分离锂同位素的材料的用途，所述分离锂同位素的材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素。
其中，所述水相锂盐为LiCl、LiBr、LiI、Li2SO4、Li3PO4、Li2CO3、LiNO3、LiSCN、CH3COOLi、CF3COOLi、CHF2COOLi、CH2FCOOLi和LiOH中的任意一种或多种。
本发明实施例提供的分离锂同位素的材料及其制备方法，该材料具有耐酸碱、耐高温、结构不易被破坏的优点，可多次重复使用；该材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素，锂的饱和吸附容量大，具有良好的锂同位素分离效能，并且通过萃取分离锂同位素的方式绿色环保。其制备方法工艺简单、易于实现，其使用的是无毒或微毒的化学试剂，极大地避免了现有技术的方法中造成的人体健康危害和环境污染。
附图说明
图1是本发明提供的分离锂同位素的材料的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
本发明实施例中首先提供了一种分离锂同位素的材料的制备方法，参阅图1的工艺流程图，该方法包括步骤：
S101、取四乙氧基硅烷置于反应容器中，向反应容器中加入超纯水和甲酸使所述四乙氧基硅烷水解。具体地，加入的超纯水和甲酸，使得四乙氧基硅烷和超纯水以及甲酸的体积比为8～12：4～8：1，其中，所述甲酸的浓度可以选择为0.02～0.06mol/L，更为优选的是甲酸的浓度为0.05mol/L。进一步地，加入的超纯水和甲酸后，采用磁力搅拌2～8小时，使所述四乙氧基硅烷水解。
S102、向所述水解后的四乙氧基硅烷加入具有冠醚结构的疏水性离子液体，形成溶胶。具体地，所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；结构式Ⅰ：
其中，n等于1、2、3或4；结构式Ⅱ：
其中，m1、m2和m3分别等于0或1；所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种，以上阴离子的结构式对应如下的结构式(a)～(d):
。
进一步地，加入的具有冠醚结构的疏水性离子液体，使得所述具有冠醚结构的疏水性离子液体与所述四乙氧基硅烷的固液比为1g：2.5～10mL。
S103、将所述溶胶在真空条件下干燥，形成介孔材料，获得所述分离锂同位素的材料。具体地，将所述溶胶干燥的温度为30～60℃，时间为12～36小时。
按照如上的制备方法制备得到的分离锂同位素的材料，是一种包括无机硅基质组分和有机掺杂组分的介孔材料，所述无机硅基质组分是指经过水解的四乙氧基硅烷，所述有机掺杂组分是指具有冠醚结构的疏水性离子液体。如前所述，具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；结构式Ⅰ：
其中，n等于1、2、3或4；结构式Ⅱ：
其中，m1、m2和m3分别等于0或1；所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。
以上提供的分离锂同位素的材料具有耐酸碱、耐高温、结构不易被破坏的优点，可多次重复使用；该材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素，锂的饱和吸附容量大，具有良好的锂同位素分离效能，并且通过萃取分离锂同位素的方式绿色环保。其制备方法工艺简单、易于实现，其使用的是无毒或微毒的化学试剂，极大地避免了现有技术的方法中造成的人体健康危害和环境污染。
以上提供的分离锂同位素的材料，主要用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素(对6Li和7Li的分离作用过程中，该材料更易与6Li结合)。其中，所述水相锂盐为LiCl、LiBr、LiI、Li2SO4、Li3PO4、Li2CO3、LiNO3、LiSCN、CH3COOLi、CF3COOLi、CHF2COOLi、CH2FCOOLi和LiOH中的任意一种或多种。
需要说明的是：化学交换法分离锂同位素，液固两相之间的同位素交换反应可表示为：
其中，X与Y分别代表锂离子在两相中的配位阴离子，aq和s分别代表溶液相和固相。同位素分离系数(α值)表示锂同位素单级分离的效果，即固相中锂同位素的丰度比值与液相中锂同位素的丰度比值之商：
α = ( L 6 i / L 7 i ) s ( L 6 i / L 7 i ) a q
分离系数表示某一单元分离操作或某一分离流程将两种物质分离的程度。它的大小反映出两组分分离的难易程度。分离系数等于1，便不能实现分离；分离系数偏离于1的程度愈大，表明愈容易被分离。
以上提供的分离锂同位素的材料应用于萃取分离锂同位素的过程主要包括萃取工艺和反萃工艺。其中，萃取工艺具体包括：在固相材料(本发明实施例提供的分离锂同位素的材料)中加入浓度为0.01～0.1mol/L的锂盐的水相，使固液比(g/mL)的范围为1:1～25，在转速300r/min的条件下机械振荡2～8h，离心分离水相与固相，分别收集固相和水相。反萃工艺具体包括：将萃取富集含锂(6Li)达到饱和的固相材料取出，并加入0.01～1mol/L的盐酸溶液进行混合，进行反萃取，在转速300r/min的条件下机械振荡4h，在常温常压下采用离心分离水相与固相，收集水相即可得到富集后的锂同位素产品(6Li)，再将固相水洗2～4次后，重复使用。
以上提供的分离锂同位素的材料中，通过溶胶-凝胶工艺，将经水解后的四乙氧基硅烷和具有冠醚结构的疏水性离子液体形成溶胶介孔材料，该介孔材料中的主体结构上的冠醚分子的孔腔与水相中的锂离子能形成稳定的螯合物，并且采用的是疏水性离子液体，相当于协萃剂，其可与锂离子生成稳定的离子缔合物，锂的饱和吸附容量大，提高了锂的同位素分离系数，且结合6Li的能力明显强于7Li，表现了显著的同位素分离能力。在锂的反萃阶段所使用的盐酸反萃剂，能迅速地分解固相中的离子缔合物，使锂离子重新回到水相。所使用的萃取剂、协萃剂、萃取介质和反萃剂，都是无毒或微毒的化学试剂，从根本上消除现有的“锂汞齐法”使用大量剧毒的汞造成的人体健康危害和环境污染，这对满足我国发展民用核能所需要大量锂同位素的工业化生产非常重要。此外，本发明所述的具有冠醚结构疏水性离子液体材料还可以应用于重金属离子和放射性核素的分离，具有广泛的应用前景。
实施例1
室温下准确量取20mL四乙氧基硅烷置于100mL圆底烧瓶，再加入10mL超纯水和2mL0.05mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物4小时，使其形成均一的溶液，即四乙氧基硅烷水解完成；再加入4g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-15-冠-5-己基)咪唑六氟磷酸盐([A(Benzo15C5)HIM][PF6])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于40℃真空干燥箱干燥30h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.01mol/L三氟乙酸锂水溶液10mL和1.000g上述溶胶-凝胶复合材料，在转速300r/min的条件下机械振荡时间2h，离心分离水相和溶胶-凝胶材料固相，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.01mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.044±0.002。
实施例2
室温下准确量取25mL四乙氧基硅烷于100mL圆底烧瓶，再加入15mL超纯水和2.5mL0.06mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物6小时，使其形成均一的溶液，再加入6g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-15-冠-5-己基)咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([A(Benzo14C4)HIM][N(SO2CF3)2])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于45℃真空干燥箱干燥24h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.05mol/L的硫氰酸锂锂水溶液10mL和2.000g上述溶胶-凝胶复合材料，在转速300r/min的条件下机械振荡时间4h，离心分离水相与溶胶-凝胶材料固相，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.1mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.045±0.002。
实施例3
室温下准确量取30mL四乙氧基硅烷于100mL圆底烧瓶，再加入20mL超纯水和3mL0.04mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物8h，使其形成均一的溶液，再加入5g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-14-冠-4-己基)咪唑六氟磷酸盐([A(Benzo14C4)HIM][PF6])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于50℃真空干燥箱干燥20h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.02mol/L的三氟乙酸锂水溶液12mL和0.500g上述溶胶-凝胶复合材料，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与溶胶-凝胶材料固相，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.04mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.044±0.002。
实施例4
室温下准确量取24mL四乙氧基硅烷于100mL圆底烧瓶，再加入16mL超纯水和2mL0.05mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物3h，使其形成均一的溶液；再加入2.4g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-14-冠-4-己基)咪唑双三氟甲基磺酰亚胺([A(Benzo15C5)HIM][N(SO2CF3)2])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于30℃真空干燥箱干燥36h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.08mol/L氯化锂水溶液10mL和2.000g上述溶胶-凝胶复合材料，在转速300r/min的条件下机械振荡时间4h，离心分离水相与溶胶-凝胶材料，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.1mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.040±0.002。
实施例5
室温下准确量取16mL四乙氧基硅烷于100mL圆底烧瓶，再加入16mL超纯水和2mL0.02mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物3h，使其形成均一的溶液，再加入6.4g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-15-冠-5-己基)咪唑六氟磷酸盐([A(Benzo15C5)HIM][PF6])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于40℃真空干燥箱干燥12h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.10mol/L的氯化锂水溶液10mL和1.000g上述溶胶-凝胶复合材料，在转速300r/min的条件下机械振荡时间6h，离心分离水相与溶胶-凝胶材料，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.1mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.037±0.002。
实施例6
室温下准确量取28mL四乙氧基硅烷于100mL圆底烧瓶，再加入8mL超纯水和3mL0.03mol/L甲酸溶液，磁力搅拌混合物8h，使其形成均一的溶液，再加入3g1-烯丙基-3-(6'-氧-苯并-15-冠-5-己基)咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([A(Benzo15C5)HIM][N(SO2CF3)2])，直至其形成溶胶。然后将溶胶用超纯水洗至中性，并置于40℃真空干燥箱干燥24h，得到目标的溶胶-凝胶复合材料，即，得到分离锂同位素的材料。
在20mL的带盖的聚乙烯离心塑料管中，加入0.06mol/L三氟乙酸锂水溶液10mL和1.500g上述溶胶-凝胶复合材料，在转速300r/min的条件下机械振荡时间8h，离心分离水相与溶胶-凝胶材料，收集固相。固相用去离子水洗涤后烘干，加入0.08mol/LHCl溶液10mL，机械振荡时间4h，转速300r/min，离心分离水相与固相，收集水相。固相用去离子水洗涤后烘干用于下一次萃取，重复操作五次。经过测试，锂同位素分离系数(6Li/7Li)为1.045±0.002。
综上所述，本发明实施例提供的分离锂同位素的材料及其制备方法，该材料具有耐酸碱、耐高温、结构不易被破坏的优点，可多次重复使用；该材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素，锂的饱和吸附容量大，具有良好的锂同位素分离效能，并且通过萃取分离锂同位素的方式绿色环保。其制备方法工艺简单、易于实现，其使用的是无毒或微毒的化学试剂，极大地避免了现有技术的方法中造成的人体健康危害和环境污染。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
A、取四乙氧基硅烷置于反应容器中，向反应容器中加入超纯水和甲酸使所述四乙氧基硅烷水解；
B、向所述水解后的四乙氧基硅烷加入具有冠醚结构的疏水性离子液体，形成溶胶；
C、将所述溶胶在真空条件下干燥，形成介孔材料，获得所述分离锂同位素的材料；
其中，所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，
所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；
结构式Ⅰ：其中，n等于1、2、3或4；
结构式Ⅱ：其中，m1、m2和m3分别等于0或1；
所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，加入的超纯水和甲酸，使得四乙氧基硅烷和超纯水以及甲酸的体积比为8～12：4～8：1。
3.根据权利要求2所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，所述甲酸的浓度为0.02～0.06mol/L。
4.根据权利要求2所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，所述甲酸的浓度为0.05mol/L。
5.根据权利要求1-4任一所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，加入的超纯水和甲酸后，采用磁力搅拌2～8小时，使所述四乙氧基硅烷水解。
6.根据权利要求1所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，加入的具有冠醚结构的疏水性离子液体，使得所述具有冠醚结构的疏水性离子液体与所述四乙氧基硅烷的固液比为1g：2.5～10mL。
7.根据权利要求1所述的分离锂同位素的材料的制备方法，其特征在于，步骤C中，将所述溶胶干燥的温度为30～60℃，时间为12～36小时。
8.一种如权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的分离锂同位素的材料，其特征在于，所述材料为包括无机硅基质组分和有机掺杂组分的介孔材料，所述无机硅基质组分为经过水解的四乙氧基硅烷，所述有机掺杂组分为具有冠醚结构的疏水性离子液体；所述具有冠醚结构的疏水性离子液体由阳离子和阴离子组成，其中，
所述阳离子为以下结构式Ⅰ和/或结构式Ⅱ的阳离子；
结构式Ⅰ：其中，n等于1、2、3或4；
结构式Ⅱ：其中，m1、m2和m3分别等于0或1；
所述阴离子为PF6 -，(SO2CF3)2N-、(SO2CF2CF3)2N-和BF4 -中的一种或几种。
9.一种如权利要求8所述的分离锂同位素的材料的用途，其特征在于，所述分离锂同位素的材料用于从水相锂盐中萃取分离锂同位素。
10.根据权利要求9所述的分离锂同位素的材料的用途，其特征在于，所述水相锂盐为LiCl、LiBr、LiI、Li2SO4、Li3PO4、Li2CO3、LiNO3、LiSCN、CH3COOLi、CF3COOLi、CHF2COOLi、CH2FCOOLi和LiOH中的任意一种或多种。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106731838A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种锂同位素的有效分离方法
CN110372678A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 山西大学 一种高纯度冠醚功能化离子液体的合成方法
CN110465196A (zh) * 2019-08-16 2019-11-19 清华大学 一种绿色高效的分离碳稳定同位素的方法
CN112516794A (zh) * 2020-11-16 2021-03-19 中国科学院青海盐湖研究所 用于沉淀分离锂同位素的方法
WO2022082324A1 (es) 2020-10-19 2022-04-28 Pontificia Universidad Católica Proceso de extracción sólido-líquido para recuperar iones de interés desde materiales sólidos
CN115814602A (zh) * 2022-09-30 2023-03-21 中国科学技术大学 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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6272683A (ja) * 1985-09-26 1987-04-03 Nippon Oil & Fats Co Ltd １４−クラウン−４誘導体、金属イオン抽出比色試薬および液膜輸送剤
CN101679034A (zh) * 2007-04-23 2010-03-24 特拉西斯股份有限公司 制备活性[18]f氟化物的方法
CN102786616A (zh) * 2012-08-03 2012-11-21 天津工业大学 一种具有锂同位素分离效应的苯并冠醚接枝聚合物及其制备方法
CN103768945A (zh) * 2014-02-27 2014-05-07 江南大学 一种sol-gel材料萃取分离锂同位素的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6272683A (ja) * 1985-09-26 1987-04-03 Nippon Oil & Fats Co Ltd １４−クラウン−４誘導体、金属イオン抽出比色試薬および液膜輸送剤
CN101679034A (zh) * 2007-04-23 2010-03-24 特拉西斯股份有限公司 制备活性[18]f氟化物的方法
CN102786616A (zh) * 2012-08-03 2012-11-21 天津工业大学 一种具有锂同位素分离效应的苯并冠醚接枝聚合物及其制备方法
CN103768945A (zh) * 2014-02-27 2014-05-07 江南大学 一种sol-gel材料萃取分离锂同位素的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ROYA MOHAMMADZADEH KAKHKI: "Recent developments in microextraction techniques based on crown ethers", 《J INCL PHENOM MACROCYCL CHEM》 *
WEN ZHOU ET AL.: "A green strategy for lithium isotopes separation by using mesoporous silica materials doped with ionic liquids and benzo-15-crown-5", 《J RADIOANAL NUCL CHEM》 *
XIN ZHOU ET AL.: "Preparation and characterization of novel crown ether functionalized ionic liquid-based solid-phase microextraction coatings by sol-gel technology", 《JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A》 *
王江等: "新型冠醚功能化离子液体[A(benzo15C5)HIM][(CF3SO2)2N]的合成", 《化工学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106731838A (zh) * 2016-11-15 2017-05-31 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种锂同位素的有效分离方法
CN110372678A (zh) * 2019-08-08 2019-10-25 山西大学 一种高纯度冠醚功能化离子液体的合成方法
CN110465196A (zh) * 2019-08-16 2019-11-19 清华大学 一种绿色高效的分离碳稳定同位素的方法
WO2022082324A1 (es) 2020-10-19 2022-04-28 Pontificia Universidad Católica Proceso de extracción sólido-líquido para recuperar iones de interés desde materiales sólidos
CN112516794A (zh) * 2020-11-16 2021-03-19 中国科学院青海盐湖研究所 用于沉淀分离锂同位素的方法
CN112516794B (zh) * 2020-11-16 2024-03-26 中国科学院青海盐湖研究所 用于沉淀分离锂同位素的方法
CN115814602A (zh) * 2022-09-30 2023-03-21 中国科学技术大学 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
CN115814602B (zh) * 2022-09-30 2024-05-24 中国科学技术大学 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

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