[发明专利]萃取-结晶联用技术分离铷铯

说明书

本发明公开了一种萃取‑结晶联用技术分离铷铯的方法，通过选择合适的冠醚，首先将Rb⁺、Cs⁺萃取至有机相中，之后再在有机相中采用长晶体的方式放大冠醚和Rb⁺、Cs⁺配合物之间结构的差异，实现Rb⁺、Cs⁺之间的选择性结晶分离。本发明方法操作简便，对Rb⁺和Cs⁺的选择性分离效果好，晶体原位生长条件温和，有机相中残余的冠醚可重复使用，节约成本。

技术领域

本发明涉及通过萃取与选择性结晶连用来分离Rb⁺/Cs⁺的技术，属于元素分离技术领域。

背景技术

铷和铯是两种稀有的碱金属材料，其低熔点、易电离、独特的光电发射性质使其在电化学、光电材料领域有着非常重要的应用。由于其具有相似的物理、化学性质，在一些应用上可以相互替代，但也带来了铷铯难以分离的难题。目前，美国加州大学Chen等利用葫芦[6]脲与Cs⁺之间的超分子相互作用，实现了Rb⁺/Cs⁺的分离(Chen,K.；Kong,Y.S.；Zhao,Y.；Yang,J.M.；Lu,Y.；Sun,W.Y.,Cucurbit 6uril-Based Supramolecular Assemblies:Possible Application in Radioactive Cesium Cation Capture.J.Am.Chem.Soc.2014,136,16744-16747)。但现在还没有能够真正投入实际应用的Rb⁺/Cs⁺有效分离方法。研究新型分离方法达到Rb⁺与Cs⁺之间的分离是元素分离领域一个重点研究的方向。

选择性结晶是近年来兴起的一种新的分离方法，与传统的分步沉淀、液液萃取、固相吸附不同的是，较慢的结晶过程不断放大配合物结构之间的差异，达到对相似金属离子之间的分离。现在对选择性结晶方面的研究较少，大部分集中在镧系金属离子的分离上。根据得到的晶体类型可以分为无机晶体和有机配合物晶体。合成无机晶体来进行分离本质上可看成金属离子的矿物化过程。苏州大学王殳凹课题组采用该方法先后实现了Nd和Dy的分离(Yin,X.；Wang,Y.；Bai,X.；Wang,Y.；Chen,L.；Xiao,C.；Diwu,J.；Du,S.；Chai,Z.；Albrecht-Schmitt,T.E.；Wang,S.,Rare earth separations by selective boratecrystallization.Nat.Commun.2017,8,14438)，Th⁴⁺与不同镧系金属离子的分离(Wang,Y.；Lu,H.；Dai,X.；Duan,T.；Bai,X.；Cai,Y.；Yin,X.；Chen,L.；Diwu,J.；Du,S.；Zhou,R.；Chai,Z.；Albrecht-Schmitt,T.E.；Liu,N.；Wang,S.,Facile and Efficient Decontaminationof Thorium from Rare Earths Based on Selective SeleniteCrystallization.Inorg.Chem.2018,57,1880-1887)。另外，国内外也有部分工作先后采用有机配合物晶体的方式实现了不同镧系金属离子的分离(Zhao,X.；Wong,M.；Mao,C.；Trieu,T.X.；Zhang,J.；Feng,P.；Bu,X.,Size-Selective Crystallization ofHomochiral Camphorate Metal–Organic Frameworks for LanthanideSeparation.J.Am.Chem.Soc.2014,136,12572-12575；Gao,H.Y.；Peng,W.L.；Meng,P.P.；Feng,X.F.；Li,J.Q.；Wu,H.Q.；Yan,C.S.；Xiong,Y.Y.；Luo,F.,Lanthanide separationusing size-selective crystallization of Ln-MOFs.Chem.Commun.2017,53,5737-5739；Bogart,J.A.；Lippincott,C.A.；Carroll,P.J.；Schelter,E.J.,An OperationallySimple Method for Separating the Rare-Earth Elements Neodymium and Dysprosium.Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,8222-8225)。总的来说，目前制备晶体的条件苛刻，耗时较长。选择更常见的配体、改善合成条件、晶体生长机理的深入研究是选择性结晶分离过程实现应用需要攻克的难题。