本發(fā)明涉及鋰同位素分離技術(shù)，具體的涉及一種鋰同位素的有效分離方法。
背景技術(shù)：
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隨著世界人口的增長和經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們對能源的需求也飛速膨脹。目前，世界上使用能源的85％來源于不可再生的石油、天然氣和煤炭。全球石油危機日益嚴峻，石油的儲量僅能維持人類繼續(xù)使用約40年。另外，石油、天然氣和煤炭等化石原料同時也是眾多工業(yè)產(chǎn)品的直接原材料，將它們作為燃料不僅是對資源的極大浪費，而且嚴重污染了人類賴以生存的環(huán)境。能源的潛在危機和生態(tài)環(huán)境的惡化使世界各國積極開發(fā)包括核能在內(nèi)的新能源和可再生能源?，F(xiàn)在商業(yè)化運行的原子能電站是基于鈾同位素的可控裂變反應堆。由于全球鈾資源極其有限，僅夠使用幾十年，而且鈾裂變反應的產(chǎn)物是長壽命的放射碎片，一旦泄露或處理不當將給人類帶來極大的災難。因此，開發(fā)可控聚變堆代替裂變堆日益受到世界各國的廣泛關(guān)注。
聚變反應是利用氘(D)和氚(T)聚合成氦(4He)核時放出的巨大核能，自然界中幾乎不存在氚，必須依靠中子轟擊6Li來產(chǎn)生和不斷增殖，聚變反應堆可獲得的能量受到鋰同位素資源的限制，因此鋰成了人類未來最終的戰(zhàn)略資源。元素鋰在自然界有6Li和7Li兩種穩(wěn)定同位素，其豐度分別約為7.5％和92.5％，將元素鋰的同位素6Li和7Li分離的過程稱為鋰的同位素分離。因為6Li在核發(fā)電和氫彈生產(chǎn)中具有非常重要的作用，世界各國對鋰的同位素分離都在緊張秘密地進行，現(xiàn)在鋰同位素分離的方法很多，大致可分為化學法和物理法?；瘜W法包括鋰汞齊法、離子交換色層分離、萃取、分級結(jié)晶和分級沉淀等；物理法包括電磁法、熔鹽電解法、電子遷移、分子蒸餾和激光分離等。但是各種分離方法都不是很有效，且分離成本高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種鋰同位素的有效分離方法，該方法操作簡單，實用性強，可以實現(xiàn)鋰同位素分離的高效化、綠色化。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
將冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制得萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素；
其中，所述冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料，冠醚的側(cè)鏈含有氨基基團，SBA-15型的孔徑＞6nm，通道的長度＜1.5μm，且表面含有氯取代的烷基基團，SBA-15與冠醚的質(zhì)量比為(1.5-3)：1。
2、如權(quán)利要求1所述的一種鋰同位素的有效分離方法，其特征在于，所述硫氰酸鋰水溶液的濃度為18-22mmol/L。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述硫氰酸鋰水溶液在注入萃取色譜柱前，調(diào)節(jié)其pH為6-7。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述冠醚為4-氨基苯并-12-冠-4、4-氨基苯并-15-冠-5、4-氨基苯并-18-冠-6、4-氨基雙苯并-18-冠-6中的一種。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料的制備方法包括以下步驟：
(1)將冠醚溶解于溶劑A中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣5-10min，然后油浴條件下反應18-24h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體干燥，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(1)中，所述溶劑A為DMF、THF中的一種。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為(2.5-5)：1。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述SBA-15前驅(qū)體、冠醚、溶劑A、催化劑A、三乙胺的用量比為(1.5-3g)：(1-2g)：(150-300ml)：(7-12g)：(2-3ml)。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，所述油浴反應的溫度為80-100℃。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(3)中，所述干燥的條件為：40-50℃下真空干燥18-24h。
本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明采用SBA-15型有序介孔硅基材料作為固定相，并將冠醚負載于硅基材料上，然后采用鋰鹽的水溶液作為淋洗液，使得鋰同位素在萃取色譜柱中吸附、交換和脫附來實現(xiàn)鋰同位素的分離；
本發(fā)明制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料實用性強，具有較高的冠醚負載率，合成后保持了較高的介孔結(jié)構(gòu)的有序性，用于鋰同位素分離時，效率高，成本低。
具體實施方式：
為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實施例對本發(fā)明進一步說明，實施例只用于解釋本發(fā)明，不會對本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
實施例1
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基苯并-12-冠-4溶解于DMF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣5min，然后80℃油浴條件下反應24h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為2.5：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥18h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；SBA-15前驅(qū)體、4-氨基苯并-12-冠-4、DMF、催化劑A、三乙胺的用量比為1.5g：1g：150ml：7g：2ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為18mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。
實施例2
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基苯并-15-冠-5溶解于THF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣10min，然后100℃油浴條件下反應18h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為5：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥24h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；SBA-15前驅(qū)體、4-氨基苯并-15-冠-5、THF、催化劑A、三乙胺的用量比為3g：2g：300ml：12g：3ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為22mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。
實施例3
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基苯并-18-冠-6溶解于DMF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣6min，然后85℃油浴條件下反應20h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為3：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥20h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；SBA-15前驅(qū)體、4-氨基苯并-18-冠-6、DMF、催化劑A、三乙胺的用量比為2g：1.2g：200ml：9g：2ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為19mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。
實施例4
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基雙苯并-18-冠-6溶解于THF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣7min，然后90℃油浴條件下反應20h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為3.5：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥20h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；4-氨基雙苯并-18-冠-6、THF、催化劑A、三乙胺的用量比為2.5g：1.4g：250ml：9g：3ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為20mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。
實施例5
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基雙苯并-18-冠-6溶解于DMF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣8min，然后90℃油浴條件下反應22h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為4：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥21h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；SBA-15前驅(qū)體、4-氨基雙苯并-18-冠-6、DMF、催化劑A、三乙胺的用量比為2g：1.6g：200ml：10g：2ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為21mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。
實施例6
一種鋰同位素的有效分離方法，包括以下步驟：
(1)將4-氨基苯并-12-冠-4溶解于THF中，得到溶液；
(2)稱取SBA-15前驅(qū)體和催化劑A，將二者混合研磨均勻，然后與步驟(1)制得的溶液混合，并加入三乙胺，攪拌均勻，通入氮氣9min，然后95℃油浴條件下反應19h，反應結(jié)束后，冷卻至室溫，抽濾，得到固體；其中，所述催化劑A為碳酸鹽和碘化物的混合物，二者質(zhì)量比為4.5：1；
(3)向步驟(2)制得的固體中加入無水乙醇，反復超聲洗滌并離心，直至離心后的上清液呈中性，將離心后的固體在40-50℃下真空干燥23h，得到冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料；SBA-15前驅(qū)體、4-氨基苯并-12-冠-4、THF、催化劑A、三乙胺的用量比為1.5g：1.8g：300ml：11g：3ml；
(4)將上述制得的冠醚功能化SBA-15型有序介孔硅基材料填充在色譜柱中制成萃取色譜柱，采用高壓恒流泵將濃度為22mmol/L的硫氰酸鋰水溶液作為淋洗液注入到萃取色譜柱中，使得鋰同位素在萃取色譜中吸附、交換和脫附，根據(jù)淋洗液流出萃取色譜柱的先后可以得到不同豐度的鋰同位素。