离子液体参与构筑的新型液相体系萃取贵金属的机理研究

The extraction systems containing ionic liquids (ILs) exhibit special advantages in the noble metals extraction over conventional extraction process, making it to be the focus of ionic liquids and metal extraction studies. We intend to design and synthesize a series of novel ILs-based thione and selone extractants for the noble metals extraction. By means of molecular simulation,the synthesized extractants will participate together with hydrophobic ionic liquids and auxiliaries in the thione (selone)/ hydrophobic ILs and the ILs-based self-assembly extraction systems, which have stable structure and will not emulsify during the extraction process. Then, the extraction behavior of noble metals including gold and palladium will be investigated. The extraction mechanism and the masstransfer mechanism will be confirmed by the monocrystals analysis and the study of interfacial properties respectively. The further research will concern the effect of microstructural variation on extraction yield during extraction process, the back-extraction of metal ions and the recycle of ILs. Based upon this research, basic theories of noble-metal extraction with ILs could be developed, some practical problems like ILs recycling are hoped to be resolved.

离子液体用于贵金属萃取是当前离子液体研究及金属萃取的共同热点，离子液体参与构筑的体系在贵金属萃取方面展现出不同于传统溶剂萃取的优异表现。本项目拟设计、合成一系列基于贵金属萃取的新型类离子液体硫酮、硒酮萃取剂，利用分子模拟设计的手段，将合成的萃取剂与离子液体、助剂构筑为萃取性能稳定、萃取过程无乳化及第三相形成的硫酮、硒酮/疏水离子液体和离子液体新型自组装萃取体系；研究两类液相体系对金、钯等贵金属的萃取行为，结合单晶培养和界面性质研究，确立萃取机理，建立传质模型；跟踪萃取过程中萃取体系的微观结构变化，研究其微观结构与萃取性能的构效关系；研究贵金属反萃及离子液体循环利用的机理。通过本项目的研究可丰富和发展离子液体用于贵金属萃取的基础理论，并有望解决离子液体再生利用等实际问题。

贵金属在自然环境中储量有限，针对原生矿石中共生金属分离难，且过程中伴随着高污染、高能耗、高排放等难题，本课题组结合功能化离子液体的热点，自行设计合成了咪唑类、吡啶类、季铵盐类、苯并杂环类离子液体，以及硫酮、硒酮、亚砜等类离子液体萃取剂，构筑了多种新型绿色分离体系，研究了其在多种场景下高效分离目标贵金属的行为和机理。首先，利用自行设计合成的双子型离子液体，构筑了相比于单体结构更为稳定的微乳液体系，实现了二次资源中Au(III)的高效回收，并对萃取过程的构效关系及微观动力学过程进行深入研究和论证；通过双子型离子液体与表面活性剂复配形成囊泡，研究了分子自组装结构在酸性介质中吸附Au(III)的行为及机理，并据此设计了一种绿色化处理含Au(III)废水的工艺方法；深入研究咪唑类离子液体参与构筑的双水相体系萃取Au(III)的行为及机理。设计合成的苯并噻唑类离子液体与TX-114构筑浊点萃取体系，萃取效果（E≥82 %）明显优于传统工艺；利用苯并咪唑类离子液体[HBBIM]Br选择性萃取Pd(II)而沉淀Pt(IV)的特性，构筑成[HBBIM]Br/氯仿体系，实现一步法分离共生状态下的Pt(IV)/Pd(II)。通过构筑离子液体协萃体系，不仅解决了单一离子液体萃取Pt(IV)难度大、效果差的问题，还实现了对共生状态下Pd(II)/Ru(III)/Rh(III)的高效分离。针对具有相似萃取机理而难以分离的Pt(IV)/Ir(IV)两种金属，通过构筑[C6bet]Br/[C6mim][NTf2]体系，选择性还原Ir(IV)萃取Pt(IV)，实现了Pt(IV)/Ir(IV)的有效分离。此外，硫酮、硒酮等类离子液体对铂族金属具有较好的分离效果。综上，通过利用设计合成的离子液体构筑的新型液相体系萃取分离贵金属，既克服了部分共生金属分离难、效果差的难题，还实现了离子液体的循环利用，为湿法冶金行业提供了新的思路。