Аннотация результатов, полученных в 2014 году
С целью создания эффективных процессов экстракционного разделения изотопов лития, проведено исследование влияния различных факторов на экстракционные характеристики систем. Были получены равновесные концентрационные данные при использовании различных макроциклических полиэфиров, растворителей и солей лития. Показана перспективность создания экстракционных систем на основе 12- и 15-членных полиэфиров. Проведено исследование кинетики изотопного обмена в выбранных системах. Показано, что при использовании центробежных экстракторов время полуобмена составляет секунды. Для систем на основе Б15К5 получены коэффициенты разделения изотопов составляющие 1,030 – 1,036, что уступает только амальгамным.

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
В отчетном периоде был продолжен поиск и изучение новых экстракционных систем с использованием краун-эфиров и их аналогов для разработки новых более эффективных процессов разделения изотопов лития. Были подробно изучены экстракционные характеристики систем с использованием в качестве экстрагентов производных 15-краун-5, (бензо-, трет-бутилбензо-, нафто-, ацетилбензо-, аминобензо-, нитробензо-, перфторбензо-), а также тетрааза-12-краун-4, тетрациклопентано-12-краун-4 и фосфорилподанд. В качестве органических растворителей использовались хлороформ, тетрахлорэтилен, 1,1,7-тригидрододекафторгептанол, а в качестве экстрагируемых солей – хлорид и йодид лития. Были получены изотермы экстракции лития для указанных систем как в присутствии краун-эфира, так и без него (холостая экстракция). На основании предыдущих исследований в качестве экстрагируемых солей нами были выбраны хлорид и йодид лития как хорошо экстрагируемые и наиболее технологичные. При исследовании систем гептанол-вода было выявлено, что значительное количество металла извлекается в органическую фазу самим растворителем, т.е. без образования комплекса с полиэфиром. Так как известно, что при традиционной экстракции изотопные эффекты весьма малы, то это неизбежно приведет к значительному снижению разделительной способности систем с использованием полиэфиров. Экстракционные характеристики систем тетрахлорэтилен-вода значительно уступают полученным для других систем. Таким образом, на данный момент, наиболее перспективными являются системы с использованием в качестве органической фазы хлороформа и 1,1,7-тригидрододекафторгептанола. С целью выявления влияния природы экстрагента на характеристики экстракционных систем, были исследованы изотермы экстракции для ряда 15- и 12-членных краун-эфиров, а также открытоцепного полиэфира – фосфорилсодержащего поданда. Необходимо отметить, что кислородсодержащие 12-членные полиэфиры значительно уступают по экстракционной способности 15-членным. Тетрааза-12-краун-4 показал хорошие экстракционные характеристики, однако он недостаточно химически устойчив. Из исследованных 15-членных краун-эфиров наилучшими характеристиками обладают бензо-, трет-бутилбензо-, нитробензо- и нафто-15-краун-5. Однако растворимость последнего в исследованных растворителях невысока. Это делает его малопригодным для создания эффективного экстракционного процесса. Известно, что процессы экстракции и химического изотопного обмена тесно связаны с процессом комплексообразования. В связи с этим были проведены исследования по определению состава и строения образующихся комплексов. С этой целью были привлечены методы ИК-спектроскопии и РСА. Тщательная проработка ИК-спектров растворов Б15К5 в различных растворителях позволила придти к выводу, что спектральные характеристики краун-эфира в растворах не зависят от вида растворителя, что свидетельствует об идентичности конформации, вне зависимости от полярности растворителя. Отдельно следует отметить, что конформация краун-эфира в растворах отличается от его конформации в твердом виде. Об этом, прежде всего, свидетельствует сокращение количества полос в спектрах поглощения растворов, что может быть объяснено повышением симметрии молекулы в растворе. При исследовании методом НПВО органической фазы экстракционных систем с исходными водными растворами LiCl и LiI было показано, что общий вид спектров органической фазы по сравнению со спектром раствора Б15К5 в хлороформе практически не меняется. Отличия проявляются лишь в области валентных колебаний групп, связанных с кислородом краун-эфира. Это означает, что осуществляется процесс координации лития с краун-эфиром, при этом конформация самого лиганда практически не меняется. С целью изучения процесса комплексообразования Б15К5 с Li были использованы соли лития с различными анионами: Cl-, I-, ClO4-, NO3-, NCS-, BF4- Эти соединения были охарактеризованы с помощью ИК спектров и все 6 из них были использованы для получения кристаллов для рентгеноструктурного анализа. Следует отметить, что во всех синтезированных комплексах лития с Б15К5 в координации участвуют все пять атомов кислорода краун-эфира. В ИК спектрах это проявляется, главным образом, в сдвигах частот колебаний групп, содержащих донорные атомы кислорода краун-эфира. Помимо пяти атомов кислорода краун-эфиров шестую координационную позицию вокруг Li в комплексах LiXБ15К5H2O, где X=Cl, I, ClO4, NCS, NO3 (по данным РСА) занимает атом кислорода молекулы воды. При этом один из атомов водорода образует связь с анионом. В ИК-спектрах это выражается в расщеплении валентного колебания О-Н на две полосы в каждом случае. Комплексы LiXБ15К5 где X=NCS-, BF4-, были получены и структурно охарактеризованы. Анион непосредственно координируется с литием через атом N роданид-иона и через атом F тетрафторбората. Структура этих комплексов не содержит молекул воды. Следует отметить, что роданид лития образует два типа комплексов с разной координационной сферой: шесть кислородов (водный) и пять кислородов и азот (безводный).

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В результате комплексообразования B15C5 с LiNCS в растворах этанола выделено два комплекса: водный LiB15C5H2ONCS (I) и безводный LiB15C5NCS (II). Спектральный анализ выделенного водного комплекса роданида лития с B15C5 и исследованных ранее с помощью РСА и ИКС комплексов LiB15C5H2OX, где X=Cl, I, ClO4 позволяет сделать вывод об их изоструктурности. Для безводного комплекса LiB15C5NCS были проведены рентгеноструктурные исследования и определена его структура. Согласно данным РСА в координации с литием участвуют все пять атомов кислорода краун-эфира и атом N роданид-иона. Сравнительный анализ ИК-спектров синтезированных комплексов и B15C5 выявил изменения в тех областях, где проявляются колебания групп, связанных с атомами кислорода, участвующих в координации. В результате проведенных исследований было найдено, что в процессе экстракции лития в раствор B15C5 в CHCl3 из водного раствора роданида лития в органическую фазу переходит комплекс состава LiB15C5H2ONCS. Исследования ИК-спектров позволили выделить полосы, по которым можно делать заключения о координации краун-эфира, аниона и воды. Был создан каскад из 5 центробежных экстракторов ЭЦ-33Ф для моделирования процесса разделения изотопов лития в системе LiCl-B15C5-хлороформ. Для его запуска и исследования процесса экстракционного разделения предварительно были проведены пуско-наладочные работы и гидравлические испытания. Моделирование процессов экстракционного извлечения на одном аппарате методом противотока при соотношении потоков фаз о:в=10:1 (1М B15C5 в хлороформе – 9,5 моль/л LiCl) и процесса реэкстракции хлорида лития из полученного экстракта водой на каскаде из 5 экстракторов методом противотока при соотношении о:в=10:1 показало, что на выходе концентрации металла в фазах соответствуют равновесным, полученным при исследовании изотерм экстракции. В каскаде отсутствует унос фаз, а полученные результаты свидетельствуют о том, что КПД единичного аппарата близок к 100%.