醚酰胺功能性离子液体萃取分离稀土的界面相互作用机制与应用

Focus on the development and application of novel task-specific ionic liquids (TSILs) for rare earths (REs) recovery from REs secondary resources, the project is designed to further promote the application of TSILs in green separation technique for REs. It will explore and solve the following problems: (1) Design and synthesis of a series of diglycolamide-based task-specific ionic liquids (DGA-TSILs) that contain diglycolamide ligands for REs separation, and investigate their thermodynamic mechanism of REs extraction; (2) Investigate the interfacial properties and transfer mechanism of phase separation between DGA-TSILs and aqueous phase in extraction process of REs, further exploring the interfacial interactions mechanism at molecular level; (3) Understanding the thermodynamic and interfacial interactions mechanisms in extraction process, to evaluate and screen DGA-TSILs for REs recovery from REs secondary resources-the representative REs fluorescent lamp and, hence, improving the comprehensive utilization of REs. In this thesis, new DGA-TSILs will be prepared from view of structure design. Investigate the interfacial interactions mechanism at molecular level, and then perform process optimizations and improvements of extraction systems, to provide a theoretical basis and technical support for the application of TSILs in clean process of REs separation.

本项目聚焦新型功能性离子液体的研发并将其应用于稀土二次资源绿色高效回收，进一步推进功能性离子液体在稀土绿色分离工艺中的应用，探索并解决如下问题：（1）在酰胺酸类萃取剂分离稀土的基础上，设计制备一系列醚酰胺功能性离子液体，研究其萃取稀土的热力学规律；（2）研究醚酰胺功能性离子液体在萃取稀土过程中的界面化学性质和相传递规律，从分子层次探索萃取体系的界面相互作用机制；（3）以热力学规律和界面相互作用机制为指导，评估和筛选高效的功能性离子液体萃取体系，应用于荧光类稀土二次资源回收新工艺中，提高稀土综合利用率。上述研究从萃取剂结构设计入手，制备新型醚酰胺功能性离子液体，探索分子尺度下稀土萃取的界面相互作用机制，指导新萃取体系优化和改进，为功能性离子液体应用于稀土清洁分离工艺提供理论依据和技术支撑。

稀土二次资源循环利用被认为是缓解资源供需矛盾、节能减排的重要途径，因此开发绿色、高效的稀土分离新体系及工艺，提高稀土资源利用率，降低环境污染是目前该领域极具探索价值的研究课题。近年来，离子液体作为一种绿色高效的介质，已成为稀土萃取分离领域的热点研究方向。为此，本项目设计制备了一系列醚酰胺功能性离子液体萃取剂，系统研究了不同醚酰胺功能性离子液体萃取体系对稀土的萃取分离性能，详细考察了影响体系萃取性能的因素。研究结果表明，在硫酸介质中，DODGA-TSIL-PF6和D2EHDGA-TSIL-PF6两种功能性离子液体对RE(III)的萃取分配比变化规律相似，但萃取机理明显不同，两者对复杂体系中金属离子的萃取顺序依次为：HRE>LRE>Fe>>Al，且DODGA-TSIL-PF6的分离性能更好，通过调控体系的pH值，DODGA-TSIL-PF6萃取体系可以实现RE(III)与Fe(III)、Al(III)的高效分离；而对盐酸体系来说，DODGA-TSIL-PF6和D2EHDGA-TSIL-PF6对RE(III)表现出更高效的分离性能。从稀土二次资源体系中分离回收稀土的结果表明，采用低温碱熔-酸浸工艺处理难溶的硅酸钇镥和荧光粉废料，有效提高了稀土浸出率，降低了酸消耗；在荧光粉酸浸出液的串级萃取实验中，DODGA-TSIL-PF6的二级逆流萃取结果表明，当萃取剂浓度为0.6mol/L时，Lu萃取率为97%，Y萃取率为90.4%，而Al萃取率只有4.2%，说明DODGA-TSIL-PF6能够从二次资源体系中高效分离回收稀土。在醚酰胺功能性离子液体萃取分离稀土的研究基础上，以聚苯乙烯树脂为载体，制备了醚酰胺功能化聚合物树脂[R4N][DEHDGA]，并对重稀土的分离富集进行了研究，研究表明，[R4N][DEHDGA]树脂能够从含Fe(III)、Al(III)的稀土料液中 优先吸附RE(III)，而Fe(III)、Al(III)基本不被吸附，调控体系pH值为3.0，尤其是Lu(III)的Kd值可以达到1821 mL g−1，采用0.1 mol/L (NH4)2C2O4溶液可以对树脂进行有效解吸再生。