微乳液及離子液體萃取金和汞的研究.pdf

1、萃取化學(xué)是一門(mén)古老而又年輕的分離技術(shù)。自從1891年Nerst提出分配定律為萃取化學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)，萃取化學(xué)就開(kāi)始了不斷的發(fā)展，成為無(wú)機(jī)化學(xué)與有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域一個(gè)很有影響的學(xué)科分支。工業(yè)應(yīng)用的實(shí)踐表明，萃取法與其他分離方法相比，具有分離效果好、生產(chǎn)能力大、金屬回收率高、試劑消耗少、設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低且生產(chǎn)過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與連續(xù)化等優(yōu)點(diǎn)。正是基于上述原因，在濕法冶金中萃取法的研究與應(yīng)用不斷得到了擴(kuò)展并且發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。近年來(lái)，微乳液和

2、離子液體由于其本身獨(dú)特的性質(zhì)，被廣大研究者應(yīng)用在溶劑萃取技術(shù)中，使這門(mén)科學(xué)又煥發(fā)了新的活力。本文選取WinsorⅡ油包水型微乳液對(duì)電子垃圾中微量金的回收進(jìn)行了研究，對(duì)其工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了初步探討;選取疏水性咪唑離子液體對(duì)其在金的萃取領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了研究;制備了1，3-二乙基咪唑硫酮(C2C2ImT)，考察了它與汞的配合能力并將其溶解在離子液體中對(duì)汞進(jìn)行了萃取研究。論文的主要工作歸納如下:
　　 1.CTAB/異戊醇/正庚烷/亞硫酸鈉

3、溶液微乳體系從鹽酸溶液中萃取回收金微乳液具有一些優(yōu)異的特性，作為萃取介質(zhì)具有很多其他分離方法所不能比擬的優(yōu)點(diǎn)。文中我們選擇了陽(yáng)離子表面活性劑CTAB、助表面活性劑異戊醇、正庚烷以及亞硫酸鈉溶液來(lái)制備WinsorⅡ油包水型微乳液，并將所制備的微乳液應(yīng)用于從鹽酸介質(zhì)中萃取金的研究。通過(guò)研究萃取過(guò)程中萃取平衡時(shí)間、水乳比、內(nèi)水相濃度、助表面活性劑濃度、料液中H+和Cl-濃度以及萃取溫度對(duì)金的萃取率的影響，確定了該微乳體系用于萃取金屬金的最佳條

4、件。結(jié)果表明，該微乳液體系對(duì)金具有較高的萃取率。金(Ⅲ)與CTAB形成離子締合物AuCl4-CTAB+而被萃取到有機(jī)相中。通過(guò)熱力學(xué)研究得出了萃取Au(Ⅲ)過(guò)程的相關(guān)熱力學(xué)參數(shù)的值(△H(0)T=-36.76KJ mol-1和△S(0)T=-84.87 J mol-1 K-1)，降低溫度有利于萃取的進(jìn)行。H+和Cl-濃度的增加均不利于金的萃取。該體系具有較好的選擇性，在鹽酸濃度范圍為0.2-5M時(shí)均保持萃取率＞99％，而不萃取Al、Ni

5、、Co等賤金屬。同時(shí)我們還探討了使用所制備的微乳液從電子垃圾中回收金的可行性以及對(duì)于萃取產(chǎn)生的含有CTAB的廢水的處理問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明CTAB/異戊醇/正庚烷/亞硫酸鈉溶液微乳體系在從電子垃圾中回收金具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 2.疏水性咪唑類(lèi)離子液體從鹽酸介質(zhì)中萃取金的研究離子液體具有低蒸汽壓的特殊性質(zhì)，可替代傳統(tǒng)溶劑萃取所用的揮發(fā)性有機(jī)溶劑(volatile organic compounds VOCs)，被認(rèn)為是一種綠色

6、溶劑。文中我們采用四種疏水性離子液體進(jìn)行了從鹽酸介質(zhì)中萃取金的研究。通過(guò)研究萃取過(guò)程中萃取平衡時(shí)間、水乳比以及萃取溫度對(duì)金的萃取率的影響，確定了離子液體體系用于萃取金屬金的最佳條件。結(jié)果表明，各離子液體對(duì)金的萃取能力與其疏水性有關(guān)。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算，可以計(jì)算四種離子液體在萃取金過(guò)程中的熱力學(xué)函數(shù):△H[C6mim][PF6]=5.554 KJ·mol-1,△H[C4mim][NTf2]=-13.078 KJ·mol-1,△H[C6mim]

7、[NTf2]=-12.862 KJ·mol-1，△H[C8mim][NTf2]=-12.504 KJ·mol-1。根據(jù)對(duì)萃合物晶體結(jié)構(gòu)和對(duì)水相中離子液體陰離子濃度對(duì)萃取率的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，推測(cè)出咪唑類(lèi)離子液體萃取金的機(jī)理是陰離子交換機(jī)理。
　　 3.C2C2ImT/[C2mim][NTf2]體系萃取分離汞的研究采用1，3-二乙基咪唑醋酸鹽離子液體和硫粉反應(yīng)制備了1，3-二乙基咪唑硫酮并用于和汞的配合及萃取研究。整個(gè)制備過(guò)程

8、只需一步反應(yīng)，簡(jiǎn)單易行，且不需要溶劑。利用核磁、紅外及X-射線單晶衍射儀對(duì)制備的C2C2ImT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。對(duì)1，3-二乙基咪唑硫酮和汞的配合能力進(jìn)行了研究，根據(jù)反應(yīng)物的配比和反應(yīng)條件的不同得到了三個(gè)汞的配位數(shù)和配位結(jié)構(gòu)不同的Hg-C2C2ImT化合物，其中包括第一個(gè)被報(bào)道的Hg-NTf2結(jié)構(gòu)。將C2C2ImT溶解在疏水性咪唑離子液體[C2mim][NTf2]中作為萃取有機(jī)相，研究了C2C2ImT/[C2mim][NTf2]體系對(duì)水

9、相中HgCl2和Hg(OAc)2的萃取行為。當(dāng)萃取HgCl2時(shí)，萃取到離子液體中的萃合物的結(jié)構(gòu)為中性的Hg(C2C2ImT)2Cl2。而當(dāng)萃取Hg(OAc)2時(shí)，萃取機(jī)理為陽(yáng)離子交換，Hg2+首先與萃取劑形成[Hg(C2C2ImT)2]2+離子，然后與離子液體中的C2mim+交換被萃取到有機(jī)相中。根據(jù)對(duì)兩種不同配比的HgCl2-C2C2ImT配合物結(jié)構(gòu)的分析，我們嘗試了通過(guò)改變萃取劑C2C2ImT的濃度和水相中HgCl2的濃度，控制萃合