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目的:随着工业社会的发展,锂电池被广泛应用于新能源汽车,但是锂电池的使用寿命有限,大量锂电池被应用的同时意味着很多的废旧锂电池中的金属亟待回收,且目前高品位的原矿石衰竭,剩下的基本都是含钙镁较多的低品位矿石。目前市售的酸性含磷化合物Cyanex 272及P507有容量低、选择性低等缺点,因此我们希望能够结合计算化学,设计并合成一些在含有Ca(II)和Mg(II)的混合金属离子溶液中对Co(II)、Ni(II)、Mn(II)分离效果好的含磷化合物。方法:探索高位阻酸性含磷化合物的合成后,探索萃取条件对萃取性能的影响,并选取部分合成的化合物(P1C6、P127、P118、P208、P227和P2361)进行实际萃取测试,同时设计了QSPR理论计算方法,推导了他们萃取Ca(II)、Co(II)、Mg(II)、Mn(II)和Ni(II)可能的萃取情况,与实际萃取情况比对,分析化学结构与萃取机制之间的原理。同时计算市售的Cyanex 272及P507的萃取情况,验证理论计算方法的可行性。结果:高位阻烷基磷酸单酯的合成可通过复盐的路径获得,其中氢氧化锂的水解步骤可加快反应速率;高位阻双烷基磷酸的合成可采用次磷酸的自由基加成反应一步到位,该反应对工业生产有重大的指导意义。萃取测试中发现萃取条件对分离率影响不大,也发现不少化合物萃取性能表现优异,且与理论模型的计算结果基本一致。同时市售的Cyanex 272及P507的理论计算结果与其他研究者的实际数据一致进一步证明了我们理论模型的准确性,同时发现有些化合物(P208、P1C6)的萃取Co(II)/Ni(II)的性能比Cyanex 272及P507更优异。结论:本研究成功的探索了高位阻酸性含磷化合物的合成,尤其是P227的合成对工业生产有重大的指导意义;发现了萃取条件对离子分离基本没影响,找到了几个萃取效果好的化合物,如P208、P1C6;同时验证了理论计算模型的科学性,为发现更多有效的酸性含磷化合物提供了理论支持。