磷(膦)酸类萃取剂萃取稀土的界面现象及其形成机理

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本论文以磷(膦)酸类萃取剂萃取稀土过程中产生的界面现象及其形成机理为主要研究目标,以现有分离工艺所产生环境问题为导向,研究了P507体系在萃取过程中所产生的稀土聚合物,结果表明聚合物的产生与萃取剂在两相的分布有关。为此,本文系统的研究了常用磷(膦)酸类萃取剂P204、P507、P227、C272和离子液体[A336][P507]在萃取过程中的水相分配,由于萃取剂在萃取过程中的水相分配不可避免。针对该现象,用强离子交换树脂对酸性磷(膦)类萃取剂的吸附规律进行了研究。同时还研究了具有工业应用前景的萃取剂P227的界面性质。具体研究内容如下:  1、选择稀土工业应用最为广泛的P507萃取体系为研究对象,对其萃取实验中产生的界面聚合物进行了定量分析,结果表明REL3(L=P507阴离子)萃合物在油/水界面聚集形成网状聚合物。通过对有机相和体系界面性质的研究表明,在萃取稀土过程中萃取剂的自由配体作为溶解剂,将界面处的REL3萃合物溶解到有机相中,并伴随微乳液中的水份向水相转移。此外,水相酸度会改变萃取剂自由配体在两相的分配。因而,通过改变水相酸度可以调控界面萃合物的溶解行为,以提高萃取效率。稀土萃合物溶解机理的研究有助于深入了解萃取过程,以期为稀土萃取技术的发展提供科学依据。  2、研究了P204、P507、P227、C272及离子液体[A336][P507]在萃取稀土过程中的水相分配机理,发现酸性磷(膦)类萃取剂的水相分配伴随着稀土的萃取,而且萃取条件的变化对其水相分配有不同程度的影响。其次,电解质对萃取剂的水相分配有抑制作用,并通过Pizer理论来定量描述。可以运用该结果调节萃合物的生成速率,有效减少界面现象的产生。此外,离子液体[A336][P507]的水相溶解度明显比皂化P507小,说明萃取剂的分配行为与其性质有关,而且[A336][P507]在高酸度下不发生分解,是环境友好型萃取剂。通过研究萃取剂的水相分配机理,为从源头治理废水中有机物对环境的污染和制定相应的标准,提供了有力的科学指导。  3、研究了阴离子交换树脂对水相中酸性磷(膦)类萃取剂的吸附规律。通过比较不同的阴离子交换树脂对水相中P507的去除情况,结果表明D201-OH(大孔强碱性阴离子交换树脂)从水溶液中去除P507能力最强,去除率可达99.24%。其次,当溶液在pH5.0时,阴离子交换反应占主导地位,其吸附数据可用Freundlich模型描述。再者,D201-OH对P507的吸附在20min内即达到吸附平衡时99.8%的吸附量。通过动力学研究表明,拟一级动力学模型适合描述实验数据(R2>0.99)。此外,吸附-解吸附循环8次后,D201-OH的吸附能力仍能保持在93%以上。综上所述,D201-OH是有机磷酸类萃取剂良好的吸附剂,其吸附性能高效,循环过程稳定,有望用于实际生产过程中回收有机磷酸萃取剂。  4、研究了稀释剂、水相pH值、离子强度、温度和稀土离子浓度等对P227界面性质的影响,并且根据Gibbs等温式和Szyszkowski等温式对所得的实验数据进行了相关计算,结果表明P227有较强的界面活性,能够有效的降低界面张力。研究了不同因素对萃取体系平衡后有机相水含量的影响,以期对P227应用于稀土萃取工业提供技术参数。
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