本发明涉及同位素分离方法及技术领域，特别涉及一种多级膜色谱级联技术分离锂同位素的方法。
背景技术：
天然锂具有两种稳定的同位素6li(7.5％)和7li(92.5％)。两种同位素在核能领域均具有重要的应用。在核聚变中，6li被中子轰击后生成氚和氦，使得聚变堆中氚能不断增殖，是必不可少的核聚变堆燃料。7li则被用来作为核聚变反应堆的堆心冷却剂和导热的载热剂以及钍堆熔盐介质。锂同位素分离是核能开发和应用中必需解决的难题，关系到国家能源安全与可持续发展战略的实施。
传统锂同位素分离方法主要有化学法(锂汞齐法、离子交换法、萃取法、分级结晶和分级沉淀法等)和物理法(激光法，电磁分离法、溶液电解法、电迁移法、分子蒸馏法)。中国专利cn103386299a报道了一种膜色谱技术分离锂同位素的方法，以非织造布为多孔支撑体或微孔基膜，以具有锂同位素分离效应的冠醚接枝聚合物或穴醚接枝聚合物为成膜物质，溶解后将非织造布浸渍于聚合物溶液中完成负载，最终制备成为非织造布聚合物复合物。并以其作为膜色谱介质固定相，使用膜色谱分离锂同位素。膜色谱技术有效提高了固-液萃取锂同位素分离过程中冠醚分子与锂离子之间接触、耦合效率，实现锂同位素分离过程的绿色化、连续化和高效化。
由于同位素离子间差异极小，目前几乎所有锂同位素分离方法均难以通过单次分离达到所需纯度的同位素。因此分离单元必须通过一定形式的串并联结构才可实现同位素的不断富集与纯化。即经初级分离后所得具有一定富集效果的溶液再次进入下一级分离单元，作为原料液继续富集。同位素分离中，最常见的级联形式是逆流级联，分离过程中某一级的贫料(或者重馏分)会被作为供料返回到下面的某一级。但不同组分混合后势必会将已分离的同位素组分再次混合，较小同位素分离效果。
淋洗色谱法可依据实际需求选取不同淋洗时间洗脱液，并以特定时间洗脱液作为下一级淋洗原料液再次富集，避免了不同同位素组成洗脱液再次混合，在用于多级串并联操作时，对同位素离子富集效果更为明显。淋洗色谱法同位素分离过程，与填充剂材料相互作用力较小组分受填充剂作用力较小，优先被淋洗下来，而与填充剂材料相互作用力较大组分则富集在淋洗带后端。淋洗色谱单次分离操作无法使不同同位素离子完全分离，只是将同位素丰度逐步提高。在色谱曲线中表现为不同种类同位素离子会有较大部分重叠，如图1所示。可见，色谱曲线前端部分和后端部分则分别表现出明显的同位素富集效应，而淋洗曲线中间部分同位素分离效果稍差。
技术实现要素：
本发明在膜色谱淋洗法锂同位素分离技术基础上，提出了一种多级膜色谱级联技术分离锂同位素，对每次单级色谱洗脱液中6li富集部分和7li富集部分分别进行再次富集。
本发明提供了一种多级膜色谱级联技术分离锂同位素的方法，如图2所示，具体为将一定量的锂盐溶液添加于第一级膜色谱柱上端，使用淋洗剂淋洗，对淋洗曲线前端锂离子洗脱率为1-20％部分洗脱液作为第二级前端原料液，再次进行淋洗，将第二级洗脱液前端锂离子洗脱率为1-20％部分作为第三级前端原料液再次进行淋洗，直至洗脱液中锂同位素丰度达到所需要求；类似的，对第一级淋洗曲线后端锂离子洗脱率为80-100％部分洗脱液作为第二级后端原料液，再次逐级淋洗，直至洗脱液中锂同位素丰度达到所需要求。
作为优选，锂盐溶液溶质为lii、licl、libr、lino3、lioh、li2so4、cf3cooli中的一种或几种混合物，溶剂为超纯水、乙醇、丙酮、乙腈中一种或几种混合物。
作为优选，锂盐溶液浓度为10mg/l-2g/l。
作为优选，膜色谱柱中装填的具有锂同位素分离效应的聚合物多孔膜为冠醚接枝聚合物膜或冠醚接枝聚合物/非织造布复合膜。
作为优选，冠醚接枝聚合物为氨基苯并15-冠-5接枝聚砜、氨基苯并15-冠-5接枝聚醚砜、氨基苯并15-冠-5接枝聚醚醚酮、单氮杂苯并15-冠-5接枝聚砜、单氮杂苯并15-冠-5接枝聚醚砜、单氮杂苯并15-冠-5接枝聚醚醚酮、甲酰基苯并-15-冠-5接枝聚乙烯醇、甲酰基苯并-15-冠-5接枝聚乙-乙烯醇、甲酰基苯并-15-冠-5接枝壳聚糖中的一种或几种混合物。
作为优选，淋洗剂为超纯水、乙腈、氯化铵、稀盐酸中的一种或几种混合物。
作为优选，若所装填聚合物膜对6li具有富集作用，则前端锂离子洗脱率1-20％部分洗脱液为7li富集液，后端锂离子洗脱率80-100％部分洗脱液为6li富集液；反之亦然。这样可避免不同同位素组成洗脱液混合，可在较短级数达到较高的同位素富集目的。
与现有技术相比，本发明优势在于：不同膜色谱串联过程，仅选取上一级具有较强同位素富集效应部分洗脱液作为下一级原料液，避免了已富集同位素洗脱液的再混合，同时可对两种同位素离子分别富集，提高了同位素富集效率。
附图说明
图1为理想条件下双组份色谱分离淋洗曲线；
图2为膜色谱分离锂同位素多级淋洗过程示意图。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1
膜色谱柱中装填氨基苯并15-冠-5接枝聚砜多孔膜，聚合物膜直径为24mm，聚合物膜层数为80层，聚合物膜对6li具有选择性富集效果。以超纯水为淋洗剂，淋洗曲线前端锂离子洗脱率1-20％部分洗脱液为7li富集液，经第一级淋洗后，7li丰度提升0.2％，由92.5％提升至92.7％；淋洗曲线后端锂离子洗脱率80-100％部分洗脱液为6li富集液，经第一级淋洗后，6li丰度提升0.25％，由7.5％提升至7.75％；经十级淋洗后，7li丰度提升1.47％，由92.5％提升至93.97％；6li丰度提升2.09％，由7.5％提升至9.59％。其具体淋洗结果如表1所示：
表1
实施例2
膜色谱柱中装填氮杂苯并15-冠-5接枝聚砜/非织造布复合膜，复合膜直径为24mm，复合膜层数为80层，聚合物膜对6li具有选择性富集效果。以氯化铵为淋洗剂，淋洗曲线前端锂离子洗脱率1-20％部分洗脱液为7li富集液，经第一级淋洗后，7li丰度提升0.3％，由92.5％提升至92.8％；淋洗曲线后端锂离子洗脱率80-100％部分洗脱液为6li富集液，经第一级淋洗后，6li丰度提升0.3％，由7.5％提升至7.8％；经十级淋洗后，7li丰度提升2.57％，由92.5％提升至95.07％；6li丰度提升2.68％，由7.5％提升至10.18％。其具体淋洗结果如表2所示：
表2
实施例3
膜色谱柱中装填甲酰基苯并15-冠-5接枝聚乙烯醇/非织造布复合膜，复合膜直径为48mm，复合膜层数为320层，聚合物膜对6li具有选择性富集效果。
以0.1mol/l盐酸为淋洗剂，淋洗曲线前端锂离子洗脱率1-20％部分洗脱液为7li富集液，经第一级淋洗后，7li丰度提升0.32％，由92.5％提升至92.82％；淋洗曲线后端锂离子洗脱率80-100％部分洗脱液为6li富集液，经第一级淋洗后，6li丰度提升0.35％，由7.5％提升至7.85％，经十五级淋洗后，7li丰度提升3.96％，由92.5％提升至96.46％；6li丰度提升4.96％，由7.5％提升至12.46％。其具体淋洗结果如表3所示：
表3