新型布朗斯特酸功能化离子液体的设计合成及其在稀散金属分离提取中的应用

Task-specific ionic liquids with the ability to selectively dissolve metal compounds have received considerable interests due to their prospects in hydrometallurgy, recovery of rare and noble metals, processing of nuclear materials, catalysis and preparation of nanomaterials. Before being applicable on a larger scale, these functionalized ionic liquids have to be cheap and easily accessible. In this project, Br?nsted acidic functionalized ionic liquids with a functional group such as phosphonate, hydroxamic or sulfonic acid attached to the cation will be synthesized while the ionic liquid formed between protonated betaine cation and bistriflimide anion is acted as a lead compound. As prospective results of the project, the selective solubility of ionic liquids will be made varied. Especially, ionic liquids which can extract scattered metal ions from aqueous solution or which can selectively dissolve scattered metal oxides will be screened out. A new method for separating and extracting scattered metals from minerals will be developed. The research tasks of this project contain preparation of novel functionalized ionic liquids, extraction properties of these ionic liquids, mechanism of ionic liquids dissolving metal compounds, and coordination chemistry of functionalized ionic liquids with metal oxides. These basic reseach will provide theory evidence for developing new methods of separating and extracting scattered metals. Meanwhile, preliminary works for new technology of separating and extracting scattered metals will be carried out.

对金属化合物具有选择性溶解能力的离子液体因其在湿法冶金、稀贵金属回收、核材料处理、催化、纳米材料制备等方面有着广泛的应用前景而倍受瞩目。寻求廉价易得且具有如此功能的离子液体是此类离子液体能大规模应用的关键。本项目以羧基功能化的质子化甜菜碱型离子液体为的先导化合物，设计合成膦酸、异羟肟酸、磺酸等更多布朗斯特酸功能化的离子液体，以发现对金属氧化物选择性溶解能力更为多样化的离子液体，特别是筛选出对稀散金属离子具有萃取能力以及对稀散金属氧化物具有选择性溶解能力的离子液体，开发基于离子液体的分离提取稀散金属的新方法。本项目拟开展新型功能化离子的制备方法、离子液体对稀散金属离子的萃取特性、离子液体溶解金属化合物的机理以及功能化离子液体的配位化学等方面的基础研究，为开发分离提取稀散金属的新方法提供理论依据。同时，开展稀散金属分离提取新工艺的的初步研究工作。

稀散金属的提取技术对于这些珍贵资源的有效利用非常重要。本项目以羧基功能化的质子化甜菜碱型离子液体为的先导化合物，设计合成了膦酸、异羟肟酸、磺酸等更多布朗斯特酸功能化的离子液体，研究了它们对金属氧化物、特别是对稀散金属离子的萃取能力以及稀散金属氧化物选择性溶解能力。本项目研究内容主要包括新型功能化离子的制备方法、离子液体对稀散金属离子的萃取特性、离子液体溶解金属化合物的机理以及功能化离子液体的配位化学等方面的基础研究。同时，开展了稀散金属分离提取新工艺的的初步研究工作。这些基础研究工作为开发分离提取稀散金属的新方法提供了理论依据。通过研究发现，所合成的功能化离子液体对金属氧化物具有选择性溶解能力，根据功能化基团的不同，它们对金属氧化物的溶解情况有所不同。在优化的实验条件下，羧基功能化的离子液体几乎可以完全萃取水相中的Ga3+、In3+离子，对Al3+、Zn2+、Mn2+、Sn2+ 几乎没有萃取能力，Fe3+、Cr3+、Cu2+会对萃取造成干扰。另外，羟肟酸功能化离子液体可以用于从拜耳法焙烧Al(OH)3沉淀所得的Al2O3粉体中提取稀散金属镓，镓离子的浸出过程基本符合内扩散控制的动力学机理1-2η/3-(1-η)2/3 = kt。其表观活化能远远小于传统酸碱浸出法的表观活化能。磷酸酯功能化的离子液体浸出法还可以有效实现ZnO烟尘中的锌铅分离和铟铁分离，以减小后续铟提取中干扰元素铁的影响，为有效提取铟创造了有利的条件。