[发明专利]一种冠醚固载化玻璃纤维材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种冠醚固载化玻璃纤维材料及其制备方法。所述冠醚的侧链含有氨基基团；所述玻璃纤维的直径4～10μm，表面具有丙烯酸和环氧基基团；玻璃纤维与冠醚的质量比为(5～10)：1。本发明方法操作简单方便，实用性强，得到的材料具有可控的冠醚负载率，合成后保持了玻璃纤维的原始形态。

技术领域

本发明属于离子吸附材料技术领域，特别涉及一种冠醚固载化玻璃纤维材料及其制备方法。

背景技术

元素锂在自然界中存在⁶Li和⁷Li两种稳定同位素，其丰度分别为7.5％和92.5％。⁶Li和⁷Li是核聚变反应(式1-1)的重要资源。自然界中几乎不存在核聚变反应所需的氚(T)，但可以通过⁶Li被中子轰击产生(式1-2)。⁷Li则被用来作为核聚变反应堆的堆芯冷却剂和导热的载热剂。

D(氘)+T(氚)→He+n+17.6MeV 式(1-1)

⁶Li+n→T+⁴He+4.8MeV 式(1-2)

锂同位素分离为元素锂的同位素⁶Li和⁷Li的分离过程，是核聚变能开发的关键，关系到国家核能技术的发展及能源战略的实施。目前⁶Li和⁷Li的分离方法可以分为物理法和化学法。锂汞齐法是目前唯一的工业应用方法，但因使用大量剧毒汞会导致严重的环境和安全问题。

冠醚或穴醚类化合物，由于其独特的大环结构及对金属离子的选择性络合能力成为目前实现锂同位素分离研究热点。研究表明冠醚对锂同位素分离中⁶Li和⁷Li的分离系数能够达到1.044，与锂汞齐法的分离系数(1.05)几乎相当。采用冠醚或穴醚类化合物进行锂同位素分离的方法主要是液-液萃取法和固-液萃取法(又称萃取色谱法)。液-液萃取法对锂同位素的分离不仅与冠醚或穴醚本身的分子结构有关，还包括萃取剂类型及萃取操作条件等，影响因素较为复杂。此外，该分离过程需要经过多级相分离、浓缩、相转换，工艺复杂，同时大量有机溶剂的消耗会带来环境问题。

萃取色谱法是将对冠醚或穴醚负载于某种惰性的固体载体上，通过⁶Li和⁷Li在该固相材料上的吸附与交换，实现二者的分离。该方法有效避免了小分子冠醚液液萃取过程中冠醚流失、无法重复使用及小分子冠醚毒性问题。冠醚修饰的固相萃取材料包括树脂、硅材料等。就现阶段而言，冠醚固载化萃取材料分离锂同位素的基础研究和实验技术尚未成熟。首先，冠醚官能团的含量偏低，导致锂同位素的吸附量较少，锂同位素分离效果差；其次，大环冠醚分子的引入使得基体材料的比表面积下降、甚至发生孔堵塞现象，严重影响锂同位素的传质过程，动力学速率较慢；此外，现阶段采用的基体材料多为树脂、介孔二氧化硅等材料，部分树脂机械强度不高，稳定性差。玻璃纤维(Glass fiber,GF)具有较高的机械强度、良好的耐热、耐腐蚀性能、较大的比表面积、吸附动力学优势明显且应用形式多样，是一种理想的冠醚固相萃取剂基载体材料。

发明内容

本发明提供了一种冠醚固载化玻璃纤维材料及其制备方法，具体技术方案为：

一种冠醚固载化玻璃纤维材料，所述冠醚的侧链含有氨基基团；所述玻璃纤维的直径4～10μm，表面具有丙烯酸和环氧基基团；玻璃纤维与冠醚的质量比为(5～10)：1。

优选地，所述冠醚为4-氨基苯并-12-冠-4，4-氨基苯并-15-冠-5，4-氨基苯并-18-冠-6或4-氨基双苯并-18-冠-6，其结构式依次为式(a)～(d)。

如上所述的一种冠醚固载化玻璃纤维材料的制备方法，具体步骤为：

(1)将玻璃纤维毡浸渍于溶液I，进行表面改性；