超临界CO2反萃离子液体中的Sr2+

Abstract

离子液体萃取在乏燃料后处理中具有潜在的应用价值,但是离子液体体系中金属离子反萃问题还没有得到很好的解决.由于超临界CO2(sc-CO2)易溶于离子液体(ILs),而ILs不溶于sc-CO2,因此可用sc-CO2萃取解决ILs中金属离子反萃难的问题.本课题组已成功利用sc-CO2对ILs中UO22+和Th4+进行高效反萃，但是ILs中Sr2+的反萃问题还没有很好解决。本文分别从以下三个方面对sc-CO2反萃1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺/二环己基-18-冠-6(C2mimNTf2/DCH18C6)中的Sr2+进行研究: (1)夹带剂的筛选:强极性的Sr2+与非极性的sc-CO2相互作用很弱，可通过使用合适的夹带剂提高Sr2+在sc-CO2中的溶解度以提高其反萃效率。文献报道含氟配体在sc-CO2中溶解度较大，并与金属离子配合后可减小其极性;乙醇、乙腈等极性溶剂的加入可有效增加sc-CO2的极性。经过筛选，发现六氟乙酰丙酮(HFAA)/乙腈溶液做夹带剂时，可以对Sr2+产生很好的反萃效果。 (2)正交法优化反萃条件:影响sc-CO2反萃效率的因素较多，包括温度、压力、动态萃取时间及夹带剂浓度等。使用正交表OA25(55)通过25次实验，并用方差分析法系统研究了各种因素对sc-CO2从ILs体系中反萃Sr2+的影响，得到最优反萃条件为35℃,300bar，动态萃取时间为40min，夹带剂浓度为60mM。经过实验验证，在最优条件下Sr2+的反萃率可达100％。 (3)反萃机理:使用ESI-MS对反萃产物进行研究，发现产物中同时含有[Sr-NO3-FAA-Sr]2+,[C2mim-DCH18C6-NTf2-Sr-2H2O]2+和[DCH18C6-Sr-FAA]+三种配合物，说明FAA-不仅作为竞争萃取剂取代DCH18C6与Sr2+形成配合物，同时也能与DCH18C6协同作用将Sr2+反萃出来。此外，乙腈可提高CO2的极性，增加其溶解能力。因此，Sr2+能够有效地被含有HFAA/乙腈的sc-CO2反萃出来。