咪唑基高分子离子液体对金属配阴离子的富集过程研究

In this project, imidazole-type polymeric ionic liquids with specific structures and different charges can be synthesized from industrial grade particales of polyvinyl chloride (PVC) and imidazole or its derivatives in one pot. And the functional imidazole-type polymeric ionic liquids can be characterized by elemental analysis, FTIR, NMR, SEM, GPC, XRD, TG, and so on. Also, we will hammer at the enrichment process and enrichment mechanism between imidazole-type polymeric ionic liquids and various metal complex anions such as platinum group metal complex anions, ds-block metal complex anions and p-block metal complex anions. What's more, metal complex anions can be enriched and separated from complex metallurgical systems by changing the auxiliary ligands, pH, temperature and solvent conditions. The project is considered to develop a new method for enrichment of platinum group metal complex anions from nickel electrolyte anions and further separate them from each other according to the different formative conditions for N-carbine complexes. Enrichment and removal of Sb(III) and Bi(III) complex anions from copper electrolyte are also worthy of investigation. To the question of base absorbing liquids of highly radioactive UF6, a kind of method for recovering uranyl carbonate anions and meeting the emission standard should be established. In addition, the desorption process of imidazole-type polymeric ionic liquid complexed with metal complex anions needs to be studied.

本项目采用工业级聚氯乙烯颗粒为接枝骨架，与咪唑及其衍生物进行反应，一步法合成出具有独特结构并带有不同电荷的咪唑基高分子离子液体，并通过元素分析、FTIR、NMR、SEM、GPC、XRD、TG等手段进行结构表征。深入研究其对铂族金属、ds区金属及p区重金属配阴离子的富集过程及富集机理；并通过改变体系中的配体类型、pH、温度及溶剂等条件对有色冶金复杂料液中的微量金属配阴离子进行富集、分离。研究从镍电解液中富集微量铂族金属配阴离子的过程，并根据铂族金属与咪唑基高分子离子液体形成N-卡宾配合物的条件差异，制定出一种铂族金属之间相互分离的新方法；通过研究对Sb（III）、Bi（III）氯配阴离子的富集过程，探索从铜电解液中脱除Sb、Bi的方法；针对高放射性的UF6碱吸收液，建立一种能直接从碱性溶液中回收碳酸铀酰负离子并达标排放的方法。此外，还将研究咪唑基高分子离子液体-金属配阴离子的解吸附过程。

本项目合成了系列咪唑基高分子离子液体，针对水溶液中以配阴离子及含氧酸根负离子形式存在的低浓度金属离子进行了富集、回收。分别合成了以聚氯乙烯（PVC）；苯乙烯或丙烯腈为支撑单体，对氯甲基苯乙烯为功能基团的线型高分子共聚物(PS-VBCl和AN-VBCl)；以及交联型PS-VBCl树脂为基质的三类咪唑基高分子离子液体，利用核磁共振、电镜、凝胶色谱、单晶衍射等手段对产物进行了充分表征。从中筛选了疏水性、稳定性优良的部分产物，从水溶液中开展了对以金属氯配阴离子形式存在的AuCl4-，PtCl62-、PtCl42-、PdCl42-等铂组金属离子，有毒重金属HgCl42-，放射性负离子UO2(CO3)n(2-2n)、以及Cr(VI)、Mo(VI)、W(VI)的多种形式含氧酸根负离子的富集回收过程研究，探讨了温度、溶液pH值、作用时间等因素对富集效率的影响。研究结果显示，咪唑基高分子离子液体对上述金属负离子具有较高的选择性，能从含多种伴生金属共存的复杂体系中，有效富集金属配阴离子和含氧酸根负离子，并能达到对Hg、U等有害离子的排放要求。通过研究小分子离子液体与AuCl4-、PtCl2-、PdCl2-化合物的结构，证实富集机理为离子液体上的咪唑环正离子能与平面正方形的贵金属离子形成M-键及多重超分子作用力。此外，还对线型高分子离子液体的工程化应用进行了探索研究。本研究结果对从湿法冶金复杂体系中提取、回收微量贵金属，在核燃料转化、生产中处理微量含氧铀溶液，以及大量低浓度含汞溶液的达标排放具有重要意义。