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《山东大学》 2013年
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微乳液及离子液体萃取金和汞的研究

路文娟  
【摘要】:萃取化学是一门古老而又年轻的分离技术。自从1891年Nerst提出分配定律为萃取化学奠定了理论基础,萃取化学就开始了不断的发展,成为无机化学与有机化学领域一个很有影响的学科分支。工业应用的实践表明,萃取法与其他分离方法相比,具有分离效果好、生产能力大、金属回收率高、试剂消耗少、设备简单、能耗低且生产过程易于实现自动化与连续化等优点。正是基于上述原因,在湿法冶金中萃取法的研究与应用不断得到了扩展并且发挥了越来越重要的作用。近年来,微乳液和离子液体由于其本身独特的性质,被广大研究者应用在溶剂萃取技术中,使这门科学又焕发了新的活力。本文选取WinsorⅡ油包水型微乳液对电子垃圾中微量金的回收进行了研究,对其工业应用进行了初步探讨;选取疏水性咪唑离子液体对其在金的萃取领域的应用进行了研究;制备了1,3-二乙基咪唑硫酮(C2C2ImT),考察了它与汞的配合能力并将其溶解在离子液体中对汞进行了萃取研究。论文的主要工作归纳如下: 1.CTAB/异戊醇/正庚烷/亚硫酸钠溶液微乳体系从盐酸溶液中萃取回收金 微乳液具有一些优异的特性,作为萃取介质具有很多其他分离方法所不能比拟的优点。文中我们选择了阳离子表面活性剂CTAB.助表面活性剂异戊醇、正庚烷以及亚硫酸钠溶液来制备WinsorⅡ油包水型微乳液,并将所制备的微乳液应用于从盐酸介质中萃取金的研究。通过研究萃取过程中萃取平衡时间、水乳比、内水相浓度、助表面活性剂浓度、料液中H+和C1-浓度以及萃取温度对金的萃取率的影响,确定了该微乳体系用于萃取金属金的最佳条件。结果表明,该微乳液体系对金具有较高的萃取率。金(Ⅲ)与CTAB形成离子缔合物AuCl4-CTAB+而被萃取到有机相中。通过热力学研究得出了萃取Au(Ⅲ)过程的相关热力学参数的值(ΔH°T=-36.76kJ mol-1和ΔS°T=-84.87J mol-1K-1),降低温度有利于萃取的进行。H+和Cl-浓度的增加均不利于金的萃取。该体系具有较好的选择性,在盐酸浓度范围为0.2-5M时均保持萃取率99%,而不萃取Al、Ni、Co等贱金属。同时我们还探讨了使用所制备的微乳液从电子垃圾中回收金的可行性以及对于萃取产生的含有CTAB的废水的处理问题。实验结果证明CTAB/异戊醇/正庚烷/亚硫酸钠溶液微乳体系在从电子垃圾中回收金具有潜在的应用价值。 2.疏水性咪唑类离子液体从盐酸介质中萃取金的研究 离子液体具有低蒸汽压的特殊性质,可替代传统溶剂萃取所用的挥发性有机溶剂(volatile organic compounds VOCs),被认为是一种绿色溶剂。文中我们采用四种疏水性离子液体进行了从盐酸介质中萃取金的研究。通过研究萃取过程中萃取平衡时间、水乳比以及萃取温度对金的萃取率的影响,确定了离子液体体系用于萃取金属金的最佳条件。结果表明,各离子液体对金的萃取能力与其疏水性有关。通过热力学计算,可以计算四种离子液体在萃取金过程中的热力学函数:ΔH[C6mim][PF6]=5.554kJ-mol"1, ΔH[C4mim][NTf2]=-13.078kJ-mol-1, ΔH[C6mim][NTf2]=-12.862kJ·mol-1, ΔH[C8mim][NTf2]=-12.504kJ-mor-1。根据对萃合物晶体结构和对水相中离子液体阴离子浓度对萃取率的影响的实验结果的分析,推测出咪唑类离子液体萃取金的机理是阴离子交换机理。 3. C2C2ImT/[C2mim][NTf2]体系萃取分离汞的研究 采用1,3-二乙基咪唑醋酸盐离子液体和硫粉反应制备了1,3-二乙基咪唑硫酮并用于和汞的配合及萃取研究。整个制备过程只需一步反应,简单易行,且不需要溶剂。利用核磁、红外及X-射线单晶衍射仪对制备的C2C2ImT的结构进行了表征。对1,3-二乙基咪唑硫酮和汞的配合能力进行了研究,根据反应物的配比和反应条件的不同得到了三个汞的配位数和配位结构不同的Hg-C2C2ImT化合物,其中包括第一个被报道的Hg-NTf2结构。将C2C2ImT溶解在疏水性咪唑离子液体[C2mim][NTf2]中作为萃取有机相,研究了C2C2ImT/[C2mim][NTf2]体系对水相中HgCl2和Hg(OAc)2的萃取行为。当萃取HgCl2时,萃取到离子液体中的萃合物的结构为中性的Hg(C2C2ImT)2Cl2。而当萃取Hg(OAc)2时,萃取机理为阳离子交换,Hg2+首先与萃取剂形成[Hg(C2C2ImT)2]2+离子,然后与离子液体中的C2mim+交换被萃取到有机相中。根据对两种不同配比的HgCl2-C2C2ImT配合物结构的分析,我们尝试了通过改变萃取剂C2C2ImT的浓度和水相中HgCl2的浓度,控制萃合物为在离子液体相中溶解度极低的[Hg(C2C2ImT)-KCl-μ2CI]2,从而生成沉淀,实现离子液体的重复使用。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:O652.62

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【参考文献】
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