构建以清洁能源为主体的能源结构已成为全球共同的目标。核能作为一种低碳、安全、高效的清洁能源,在缓解能源短缺、生态环境保护、污染防治等方面有着重要作用。锂在自然界中有两种稳定存在的同位素（~6Li和~7Li）,相对丰度分别为7.53%和92.47%,均在核工业中起到了举足轻重的作用。~7Li为钍基熔盐堆核能系统冷却剂和载热剂的重要组分,~6Li是核聚变反应堆中氚（T）材料的来源,开发~7Li和~6Li的分离技术对我国国防和能源事业具有重要意义。但由于两者物化性质相似,使锂同位素的分离极为困难。本文开展了15-冠-5衍生物萃取体系对锂同位素分离的研究,将~6Li的相对丰度由自然丰度提高至9.52%。主要研究内容如下:（1）选择供电子基的4-氨基-苯并-15-冠-5（4-NB）作为萃取剂,以疏水性室温离子液体与传统有机溶剂苯甲醚为溶剂,构建体系开展锂同位素萃取分离研究,分析了离子液体含量以及萃取温度等因素对锂同位素萃取分离效应的影响规律,结果表明离子液体萃取分离介质和温度对体系分离锂同位素影响较明显。萃取分离后~7Li与~6Li分别富集于水相和有机相。（2）为了进一步提高萃取分离体系的稳定性和萃取分离效应,设计并建立了一套可实现低温萃取分离锂同位素的实验装置。考察了反应过程中流体力学参数,如气含率、气泡尺寸和气液流型等对萃取分离效应的影响。在相同条件下,对振荡与气浮络合萃取法分离锂同位素进行了比较,发现气浮络合萃取法分离锂同位素不仅能降低萃取剂的损失,提高萃取体系稳定性,还提高了锂同位素的萃取分离效应。并对锂同位素萃取分离过程的影响因素进行了探讨和优化,目前获得的最高单级分离系数（α）达到1.037,单级萃取后富集有机相中δ~7Li和~6Li的相对丰度分别达到了-42.15和7.90%。（3）对冠醚/离子液体体系萃取分离锂同位素过程开展了热力学和动力学研究。热力学研究表明,冠醚/离子液体体系萃取分离锂同位素为自发放热过程,较低的温度有利于提高锂同位素的萃取分离效应。动力学结果显示,有机相中的扩散阻力大于水相,并结合阿仑尼乌斯公式（Arrhenius equation）得到萃取过程活化能为24.50 k J·mol-1,表明体系萃取动力学过程受扩散和化学动力学混合控制。（4）锂同位素单级萃取分离富集程度有限,采用多级级联分离方法对锂同位素分离进行了研究,结果表明叠加错流多级方法有较好的分离富集趋势,随着分离级数增加,富集有机相中~6Li相对丰度逐级递增。在此基础上,建立可实现多级级联循环萃取分离的实验装置,进行萃取分离锂同位素并表现出较好的富集效果,分离后富集相中~6Li的相对丰度提高至9.52%。（5）利用DFT方法,在B3LYP/6-31G（d,p）基组理论水平对体系进行计算,获得冠醚萃取剂电子密度差图、平均局部离子化能、孤对电子区等值面、表面静电势等参数,结合化学键的力常数理论,初步解释了冠醚萃取体系分离锂同位素的机理。通过理论计算获得萃取剂与~6Li+络合作用的相互作用能（ΔE）为-47.72kcal·mol-1,表明萃取分离过程为放热反应,可通过降低温度来提高锂同位素萃取分离效应。利用紫外光谱法和空腔理论分析了体系中离子液体[BMIm][NTf2]提高锂同位素萃取分离效应的机制。