双氮杂环萃取剂的合成及性能基础研究

发布时间：2018-03-07 13:04

本文选题：萃取　切入点：双环酰胺　出处：《济南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：稀土元素的分离纯化一直是国内外研究的热点。随着稀土元素在社会各生产领域的广泛的应用,人们对高纯单一稀土的需求也越来越高。稀土元素已经广泛应用于催化剂、冶金、核技术、制陶、化工等行业,被称作“工业石油”。分步法,离子交换法和溶剂萃取法等分离手段,先后被用作分离单一稀土。相对于分步法和离子交换法,溶剂萃取法对稀土元素的分离有着以下较为突出的优点:较大的萃取生产量,快速的反应速率,较好的分离效果等,而成为工业中采用最广泛的方法。溶剂萃取最重要的在于运用较为高效的萃取剂,有机磷萃取剂和酰胺类萃取剂虽然都是较为常见的萃取剂。然而,相对于含磷类萃取剂,酰胺类萃取剂不含有磷元素,只含有碳、氮、氧、氢四种元素,其降解产物对环境没有任何伤害,而且酰胺类萃取剂比较容易合成,因此吸引了越来越多的关注。双环酰胺萃取剂是相对新型的萃取剂,其萃取效果相对于链状萃取剂也大大提高,合成并研究新型环状类萃取剂具有重要意义。丙二酰胺类萃取剂对稀土元素的分离以及核燃料的处理都有着较为广泛的研究。然而,对重稀土萃取分离研究的报道比较多,而对轻稀土的探索却比较少,因此对轻稀土元素进行系统的研究具有重要的实际意义。本论文设计并合成出一种双氮杂环萃取剂:3,6-二丙烯基-2,7-二氮-二环[4.4.0]癸烷-2,8-二酮。并同时合成出6种链状丙二酰胺类萃取剂:N,N,N’,N’-四丁基丙二酰胺(TBMA),N,N,N’,N’-四异丁基丙二酰胺(TIBMA),N,N,N’,N’-四己基丙二酰胺(THMA),N,N,N’,N’-四辛基丙二酰胺(TOMA),N,N,N’,N’-四异辛基丙二酰胺(T2EHMA),N,N,N’,N’-四丁基-2-己基-丙二酰胺(TB2HMA),并研究了该几种萃取剂在硝酸介质中对六种轻稀土,La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Sm(III)、Eu(III)的萃取效果,主要研究内容如下:(1)利用超声等辅助方法,成功合成出一种结构新颖双氮杂环酰胺萃取剂:3,6-二丙烯基-2,7-二氮-二环[4.4.0]癸烷-2,8-二酮。最后关环步骤采用烯丙基位置碳氢活化方法,成功合成出目标产物。并对该双氮杂环萃取剂进行了核磁和质谱表征。(2)合成六种链状丙二酰胺类萃取剂:TBMA,TIBMA,THMA,TOMA,T2EHMA,TB2HMA,并对各种萃取剂采用了傅里叶红外光谱,核磁共振等手段进行了表征。(3)研究了煤油和辛醇作为稀释剂(体积比为9:1)时N,N,N’,N’-四丁基丙二酰胺(TBMA),在硝酸介质中TBMA,TIBMA,THMA,TOMA,T2EHMA,TB2HMA对六种轻稀土元素La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Sm(III)、Eu(III)的萃取行为,考察了水相酸度、盐析剂种类、萃取剂浓度以及温度对萃取分配比的影响,研究结果表明:TBMA,TIBMA,THMA,TOMA和T2EHMA的萃取效果在0.1 M硝酸浓度时,萃取效果最好。而对于TB2HMA,酸度越高萃取效果越好。萃取剂浓度增大,其萃取分配比随之增大,萃取效果提高。从温度对萃取反应的影响研究中,该萃取过程是放热进行的。研究了两种盐析剂对萃取反应的影响:硝酸锂和硝酸钠。结果表明:硝酸锂的盐析效应要比硝酸钠大得多。当硝酸锂浓度大于5.0 M时,盐析效应明显增强。(4)通过对六种轻稀土金属离子的萃取实验分析可以得出萃取剂结构与萃取性能之间的关系:在最佳酸度时,几种萃取剂的萃取能力大小为:TBMATHMATOMAT2EHMATB2HMATIBMA。随着氮原子上碳链的增长,空间位阻逐渐变大,因此会导致金属离子与萃取剂更难发生配位,因此导致萃取能力降低。六种轻稀土元素的配位能力大小为:Sm(III)Eu(III)Pr(III)Nd(III)Ce(III)La(III)。
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【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ133.3;O658.2

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