基于密度泛函理论的硫氨酯捕收剂的设计合成及机理研究

发布时间：2017-12-09 14:13

  本文关键词：基于密度泛函理论的硫氨酯捕收剂的设计合成及机理研究

  更多相关文章： 硫氨醋 铜硫分离 设计合成 浮选机理 密度泛函理论

【摘要】：本论文应用分子设计技术,设计、合成硫氨酯类铜硫分离捕收剂。即先通过理论计算,探索捕收剂分子的构效关系,探寻捕收剂的前线轨道性质(形状、能量等)与其浮选性能之间的相关性；筛选出合适的捕收剂分子构型,然后进行有机合成,再通过浮选试验进行结构-性能验证。采用这种技术方法可缩短新药剂分子的研制周期,减少经费投入,对实现矿产资源的可持续发展具有重要意义。采用密度泛函理论计算了系列黄药捕收剂的几何构型和电子结构,利用最高占据轨道能量(EHOMO)、自然布居分析(NPA)电荷、电负性(x)和绝对硬度(η)等参数判断黄药捕收剂的浮选性能。研究结果表明：黄药阴离子是浮选溶液中的活性成分,键合原子为C—S单键中的S原子。EHOMO可较好地解释直链黄药(C1-C6)的浮选性能随碳链增长而增强的现象。在黄药同分异构体中,与极性基相连的碳原子上支链越多,烷基给电子诱导效应越强,该异构体的捕收能力越强。黄药同分异构体(C3-C5)的捕收能力顺序为：叔烃基黄药仲烃基黄药异烃基黄药。运用密度泛函理论计算系列黄原酸甲酸酯捕收剂的几何构型和电子结构,结合Klopman的普遍化微扰理论,研究前线轨道性质、NPA、电负性、绝对硬度等参数与捕收剂浮选性能之间的相关性。研究结果表明：黄原酸甲酸酯的键合原子为C=S双键中的S原子,EHOMO / NPA电荷、电负性等参数只能推断捕收剂的浮选活性。黄原酸甲酸酯所表现出的选择性,主要是因为黄铜矿表面Cu原子的d轨道电子转移到捕收剂的最低空轨道(LUMO)和能量第二低空轨道(LUMO+1)形成反馈π键,从而增强了捕收剂对黄铜矿的浮选能力。ELUMO、ELUMO+1大小可较好地解释捕收剂的选择性强弱。依据前期理论研究结果,构建了2种新型硫氨酯捕收剂(IP-BIAN和IPEE),通过密度泛函理论计算,运用相互作用能判据等理论,预测这2种新型捕收剂与常用硫氨酯捕收剂的选择性大小顺序为：IPECTC IP-BIAN PACZ-200IPEE.之后合成出相应目标硫氨酯分子,并进行单矿物、人工混合矿及实际矿石的浮选试验,试验结果与前期预测吻合。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD923.13

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