含氮离子液体萃取酸性介质中Au(Ⅲ)、Pt(Ⅳ)的研究

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金、铂因其性能优良、理化性质独特,已在电子材料、催化剂、航天工业等各种高科技领域发挥着至关重要的作用。然而,由于矿产资源的枯竭和开采技术的限制,导致金、铂的产量难以满足人们日益增长的需求,迫使人们将目光转移至贵金属含量丰富的二次资源上,以解决金、铂匮乏而造成的各种问题。离子液体具有优异的选择性、极低的蒸汽压、相对较低的毒性等优势,目前已被许多研究学者视为一种新型的绿色萃取剂,并广泛地应用于萃取分离领域。但是,在萃取过程中,离子液体因自身的高粘度常导致在两相间具有较大传质阻力,在实际应用中不得不使用大量有机溶剂作为其稀释剂,而这无疑会降低离子液体的绿色属性,并与可持续发展理念相悖。因此,开发基于离子液体的绿色萃取体系逐渐成为了人们研究的焦点,本文主要合成了三种新型的含氮离子液体,构筑了仅由离子液体和水组成的新型绿色萃取体系,在不使用有机溶剂的条件下实现从酸性介质中快速分离金、铂,具体内容如下:
  首先,我们合成了一种新型的季铵类离子液体[Ach][Tf2N],并将其应用于酸性介质中Au(Ⅲ)的萃取分离。在该萃取体系中,[Ach][Tf2N]既作为萃取剂又同时发挥着溶剂的作用。首先,我们通过调控各种萃取参数,研究了在不同条件下[Ach][Tf2N]体系中Au(Ⅲ)的萃取行为。结果表明,该离子液体更适合在高盐度和低酸度条件下进行Au(Ⅲ)的萃取,且5min内萃取效率可达到98.98%。通过萃合物的紫外可见光谱、傅立叶变换红外光谱、核磁碳谱表征分析,并结合量子理论计算证明[Ach][Tf2N]与AuCl4-之间的萃取机理为阴离子交换机理。负载在离子液体相中的Au(Ⅲ)很容易被0.05mol·L-1CS(NH2)/0.1mol·L-1HCl溶液完全反萃。同时,[Ach][Tf2N]对多金属混合溶液中的Au(Ⅲ)具有出色的选择性。此外,通过响应面法(RSM)将离子液体用量、盐酸浓度和氯化钠浓度三个因素分别优化为0.55g、0.5mol·L-1、2.5mol·L-1。因此,[Ach][Tf2N]被认为是一种有潜力的从二次资源中回收金的萃取剂。
  其次,我们设计并合成了两种UCST型季铵类离子液体,利用其温控特性构筑了离子液体-水二元萃取体系,实现了酸性介质中Au(Ⅲ)的均相液液萃取。首先我们研究了无机盐阳离子、阴离子以及无机酸对温控萃取体系相变行为的影响。通过比较两种离子液体的疏水性和萃取能力,选择琥珀酰胆碱双(三氟甲烷磺酰)亚胺([Suc] [Tf2N]2)进行下一步Au(Ⅲ)的萃取实验。在优化各种参数的过程中,对传统的液液萃取和均相液液萃取的萃取能力进行了比较。此外,通过UV-vis、FT-IR、13CNMR表征验证了萃取过程的机理为阴离子交换。在多金属离子共存的溶液中,[Suc][Tf2N]2温控体系对Au(Ⅲ)表现出优异的选择性。最后,利用草酸溶液,可以将负载在离子液体相中的Au(Ⅲ)完全反萃出来,得到金的单质。并且通过补充阴离子的方式可以使离子液体再生,再生[Suc][Tf2N]2的萃取能力在经过5次循环实验后仍然保持稳定。因此,双阳离子型离子液体[Suc][Tf2N]2被认为是回收Au(Ⅲ)的绿色、高效的萃取剂。
  最后,我们合成了一种新型的UCST型氨基功能化离子液体..氨甲酰胆碱双(三氟甲基磺酰基)亚胺([Car] [Tf2N]),构筑了[Car][Tf2N]-H2O温控萃取体系,用于均相液液萃取分离酸性介质中的Au(Ⅲ)和Pt(Ⅳ)。首先通过实验测定了[Car][Tf2N]与水在不同质量比下的浊点,绘制了浊点相图,然后利用量子化学计算证明了[Ach][Tf2N]、[Suc][Tf2N]2、[Car][Tf2N]三种温控离子液体的浊点与其静电势之间存在一定的相关性。探究了萃取剂用量、酸度、盐度,温度等因素对Au(Ⅲ)和Pt(Ⅳ)的萃取过程的影响,得到最佳的萃取条件。通过对萃合物的紫外可见光谱,碳谱和红外光谱分析,提出Au(Ⅲ)和Pt(Ⅳ)的萃取为阴离子交换机理。用草酸和硫脲溶液可以将负载在离子液体相中的Au(Ⅲ)和Pt(Ⅳ)分别反萃出来。
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