功能化磁性核壳介孔氧化硅微球固相萃取三价镧锕性能研究

Bis(o-trifluoromethylphenyl)dithiophosphinic acid has a good performance in the extraction separation between Am3+ and Eu3+, but its use is restricted because of volatile and toxic diluent such as toluene and FS-13. Magnetic solid-phase extraction has a high extraction capacity and extraction efficiency while magnetic nanomaterials are used as magnetic solid-phase extraction adsorbents. After functionalization of magnetic nanomaterials, it’s expected to achieve selective extraction. Magnetic solid-phase extraction has advantages, such as simple and fast separation, no toxic diluent and so on. Silica is the most prominent coating layer, because it has good mechanical properties, chemical stability and thermal stability, and Fe3O4 has strong magnetic performance easily to separate by external magnetic filed. The project will prepare magnetic "core-shell" Fe3O4@SiO2 mesoporous silica microspheres by Stober method, then prepare selective functional magnetic "core-shell" Fe3O4@SiO2 mesoporous silica microspheres with bis(o-trifluoromethylphenyl)dithiophosphinic acid and apply to extraction and separation of trivalent actinides and lanthanides. The project has two innovations, one is the selectivity of magnetic "core-shell" Fe3O4@SiO2 mesoporous microspheres is improved, the other is functional magnetic "core-shell" Fe3O4@SiO2 mesoporous microspheres are applied to radionuclides separation as magnetic solid-phase extraction adsorbtents.

二（邻-三氟甲基苯基）二硫代次膦酸对Am3+和Eu3+具有很好的萃取分离能力，但要使用易挥发有毒的甲苯或者FS-13作为稀释剂，限制了其使用推广。而磁性纳米材料作为磁性固相萃取吸附剂时，具有较高的萃取能力和萃取效率；且经功能化修饰后，有望实现选择性萃取。同时磁性固相萃取还具有分离操作简单、省时快速、不使用有毒稀释剂的优点。氧化硅具有良好的力学性能、化学稳定性和热稳定性，是性能最突出的包覆层，且Fe3O4磁性较强利于使用外加磁场进行分离，本项目拟通过Stober法制备出磁性“核壳”型Fe3O4/SiO2介孔微球，然后将该二硫代次膦酸接枝到磁性介孔氧化硅微球上使其具有选择性，用于萃取分离三价锕系和镧系元素。本项目的创新点在于将二（邻-三氟甲基苯基）二代次膦酸接枝到磁性“核壳”型介孔氧化硅微球上，提高了其选择性；并将功能化的磁性“核壳”型介孔氧化硅微球作为磁性固相萃取吸附剂，用于放射性核素分离。

二（邻-三氟甲基苯基）二硫代次膦酸对三价镧系和锕系元素具有很好的萃取分离能力，却需要使用易挥发有毒的稀释剂，限制了其使用推广，本项目将其制备成磁性固相萃取剂，从而达到分离操作简单、省时快速、绿色环保的效果。主要工作包括：（1）建立了新型二（4-羟基-2-三氟甲基苯基）二硫代次膦酸（C14H9F6O2PS2）的合成路线和纯化方法，成功合成出纯的目标产物，并通过IR、NMR、HRMS、单晶数据对其结构进行了表征；（2）将二（4-羟基-2-三氟甲基苯基）二硫代次膦酸连接到磁性“核壳”型介孔氧化硅微球上，制备了功能化的磁性“核壳”型介孔氧化硅微球；（3）利用功能化的磁性“核壳”型介孔氧化硅微球，对Nd3+和Eu3+进行萃取分离实验，在高pH时，功能化的磁性“核壳”型介孔氧化硅微球对Nd3+、Eu3+具有很强吸附能力，吸附率高达100%。在pH=4.73～5.67时，功能化的磁性“核壳”型介孔氧化硅微球对Eu3+的吸附能力，优于对Nd3+的吸附能力，因此，通过调节pH既可以同时萃取Nd3+和Eu3+，又可以对它们实现分离；（4）通过分析对比晶体数据，寻找二硫代次膦酸萃取分离三价镧系和锕系元素的机理和规律。相关研究工作发表会议论文1篇，授权专利1项，申请专利5项，学术论文正在审稿中。