高性能锂同位素绿色萃取分离新体系构建及作用机制研究

现有锂汞齐法因大量使用有毒汞不能满足民用核能对锂同位素分离要求；设计合成系列新型螯合剂和离子液体；采用实验与量子化学计算相结合，研究离子液体理化性质（粘度、密度和憎水性等）和微环境（极性、离子分布和团簇行为），并探讨离子液体结构与性质关系的规律性；建立单级萃取实验模型，考察不同萃取体系锂同位素分离行为，结合对螯合缔合物结构的研究，提出锂同位素分离的规律和机理；建立逆流串级全流程实验模型，研究体系物料性质对同位素交换速率、级联效率和性能稳定性的影响；在深入研究螯合剂和离子液体的结构、性质及分离行为内在关系基础上，完善设计思想，应用于指导构建绿色高效的锂同位素萃取分离体系。.研究成果应用于锂同位素分离，可显著提升民用核能发展所需高纯锂6和锂7生产效能，消除因使用毒性汞和有机溶剂而带来的环境和健康问题。项目完成可使我国在同位素萃取分离领域的研究进入国际前沿，对促进国际学术及人才培养具有重要意义。

设计合成新型杂氮菲类螯合剂52种、卟啉类螯合剂21种和穴醚类螯合剂17种。采取量子化学计算和实验相结合的方法，研究螯合剂的分子结构对其理化性质及与锂同位素作用差异性的影响，揭示出螯合剂的构－效关系的规律性；设计合成新型咪唑类离子液体74种。采取量子化学计算和实验相结合的方法，研究咪唑氮原子上所连烃基的碳原子数、空间构型和杂环种类对离子液体理化性质的影响，揭示出离子液体理化性质及对锂同位素螯合物萃取分离影响的规律性; 建立单级萃取实验模型,考察不同萃取体系锂同位素分离行为, 结合对螯合缔合物结构的研究，提出锂同位素分离的规律和机理；建立逆流串级全流程实验模型，研究体系物料性质对同位素交换速率、级联效率和性能稳定性的影响; 在深入研究螯合剂和离子液体的结构、性质及锂同位素分离行为的内在关系基础上, 提出适合锂同位素萃取分离所需的螯合剂和离子液体设计思想，建立锂同位素萃取分离理论模型，完成相关计算软件的开发；研究成果应用于锂同位素分离, 可显著提升民用核能发展所需高纯锂 6 和锂 7 生产效能，消除因使用毒性汞和有机溶剂而带来的环境和健康问题。项目完成共发表论文64，其中SCI收录42篇，申请发明专利22个，共培养青年教师2名、博士研究生2名和12名硕士研究生。