超顺磁性多孔液体分离碱金属离子的基础研究

It is difficult to separate the alkali metal ions from each other with high selectivity and high efficiency. Aim at this problem, the project will focus on the design and preparation of the porous liquid with high selective recognition ability and high adsorption capacity, and then combining it with superparamagnetic carriers to achieve green and high efficient separation for alkali metal ions. By using Li+/Na+/K+ and Rb+/Cs+ as two research model group, investigation the adsorption and desorption mechanism of alkali metal ions and effect of constitute and interfacial structure on separation properties from microscopic view were proposed. By modification and external magnetic field regulation, the problem of porous molecules loss and low mass transfer speed will be solved. Through the research of the combination pattern and the microscopic interfacial constitute and structure effect on separation properties, the novel method of high efficient separation for alkali metal ions will be established.

针对同族碱金属离子难以选择性高效分离的问题，本课题着眼于设计制备对碱金属离子选择性识别能力强、吸附容量高的多孔液体，通过将其与超顺磁性载体结合，实现碱金属离子的高效绿色分离。分别以Li+、Na+、K+和Rb+、Cs+为两组模型离子，开展微环境下金属离子的吸附和解吸机制以及结构界面对分离效果影响规律研究。通过附载以及外磁场调控，解决分离过程中多孔分子易流失、传质动力学缓慢的问题。通过多孔液体与磁性载体不同结合方式、微环境下结构界面对离子的吸附和解吸影响规律的研究，建立碱金属离子高选择性纯化分离新方法。

针对同族碱金属离子难以选择性高效分离的问题，研究工作着眼于多孔大环配位分子识别萃取剂分子，研究了萃取剂分子与碱金属Cs离子相互作用机制及调控规律，并在此基础上设计制备了超交联多孔介质，用于低浓度Cs离子的选择性分离。进展如下：.不同添加物对Cs+萃取率的影响，萃取率从大到小排序为I^- > ClO_4^- > Br^- > NO_3^- > Cl^- 〖> F^-> SO〗_4^(2-)，阳离子影响排序为Al3+ > Mg2+ > Ca2+ > H+ > Na+ > Li+，均与逆序的Hofmeister序列基本吻合；阴离子对萃取效率的影响明显高于阳离子。因此提出三种提高萃取率的方案：水相引入亲油性阴离子、有机相引入阴离子萃取剂、有机相引入阳离子交换剂。.BPC6与t-BAMBP协萃体系中，有机相中t-BAMBP二聚体在碱性条件下解离出一个H+与Cs+发生阳离子交换，促使Cs+进入有机相与BPC6结合成BPC6﹒Cs+，失去H+的t-BAMBP二聚体阴离子则充当平衡阴离子的角色，稳定BPC6与Cs+的配合物。有机相中t-BAMBP二聚体阴离子与BPC6﹒Cs+呈解离状态。萃取过程为放热反应，符合拟二级动力学模型。升温有利于反萃的进行，40℃条件下纯水即可达到81.34%的反萃效率。相比传统萃取体系，协萃体系具有萃取与反萃条件均较温和的优点。.以苯酚，间苯二酚作为单体，选取二甲氧基甲烷做交联剂通过傅克烷基化反应制备了一系列超交联聚合物（HCP-P和HCP-R），最佳吸附pH为12和11，最大吸附量分别为249.64 mg g-1 and 259.97 mg g-1，两种材料在10min内能快速达到最大吸附量的80%，钾铯浓度比为700：1时分离因子仍能达到12.4，高于绝大多数吸附材料，并能在保持高解吸率的同时（>96%），循环吸附5次后仍能保持90%以上的吸附量。