N-甲基咪唑基高分子离子液体的合成及其在Au（Ⅲ）回收中的应用与机理研究
发布时间：2020-05-19 17:04
【摘要】：本文合成了一系列基于N-甲基咪唑正离子的高分子离子液体,针对复杂体系水溶液中所含的微量贵金属金(Ⅲ)的回收问题,通过对金(Ⅲ)回收过程中各影响因素的深入探讨,提出了绿色、经济、高效的处理方法,并通过合成含有相同官能团的小分子离子液体对回收过程的机理进行了探究讨论,主要内容分为以下三个部分:1.绪论部分简述了贵金属金(Au)的物理化学性质及在不同领域中的应用,以及离子液体的性质及其应用前景;综述了贵金属传统分离方法的特点与缺陷。结合离子液体的优异性质,总结了这一绿色新型材料在贵金属回收方面中的应用与发展,并针对小分子离子液体水溶性强、生产成本高的缺点,以廉价的工业聚氯乙烯PVC、苯乙烯等为支撑,通过工业中间体N-甲基咪唑改性,设计合成出了一系列N-甲基咪唑高分子离子液体,并研究了该类离子液体在复杂体系中对Au(Ⅲ)的回收效果。2.以廉价的工业材料聚氯乙烯(PVC)为骨架,以N-甲基咪唑接枝改性,合成了[PVC-Nim]Cl高分子离子液体。通过元素分析、傅里叶红外光谱、扫描电镜等方式对[PVC-Nim]Cl高分子离子液体进行表征。通过研究了离子液体用量、富集时间、富集温度、溶液pH、干扰离子等因素对贵金属金(Ⅲ)的回收效率的影响。研究结果显示,在干扰金属元素Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)浓度十倍于Au(Ⅲ)的条件下,[PVC-Nim]Cl高分子离子液体对金(Ⅲ)的回收效果几乎不受影响,表现出优异的选择性。负载金的[PVC-Nim]Cl离子液体使用pH等于4的酸性硫脲溶液在35°C下进行洗脱,解吸附效果良好,且在多次吸附-脱附循环后,其吸附容量基本保持不变。3.选用具有更高活性的对氯甲基苯乙烯与苯乙烯聚合,用N-甲基咪唑功能性优化,以高接枝率合成了一系列溶解性可控的N-甲基咪唑高分子离子液体(PIL-MeImCl)。通过核磁氢谱(1HNMR)、X射线衍射分析(XRD)、差示扫描量热法(DSC)以及扫描电镜(SEM)等分析方法初步确定了高分子离子液体的结构。研究了氯金酸根(AuCl4-)回收过程中高分子离子液体用量、富集时间、反应温度、体系pH、干扰离子等因素对回收效率的影响。研究结果表明,高分子离子液体(PIL-MeImCl)能高效率从复杂体系中富集AuCl4-,同时Ni2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+、Co2+、Fe3+等金属离子几乎对回收金(Ⅲ)的过程不构成干扰。通过酸性硫脲溶液对金(Ⅲ)的脱附,实现了高分子离子液体的回收再利用。PILMeImCl高分子离子液体具有更高的活性以及更高的对金(Ⅲ)回收效率。此外,为了研究上述反应的机理,我们合成了含有相同功能结构的小分子离子液体([Bzmim]Cl),将其与氯金酸反应并得到了相应的含金离子液体([Bzmim][AuCl4])的晶体结构,通过核磁氢谱、X-Ray单晶衍射,理论计算等进行了分析,得出了该结构中N-甲基咪唑阳离子与AuCl4-之间的键合方式,实验证明,二者之间是一种多重分子间弱作用力形成的超分子作用。通过核磁氢谱、拉曼光谱、紫外可见光谱等方法将小分子离子液体反应机理与高分子离子液体进行了对比分析,合理推测出高分子离子液体对金(Ⅲ)的回收机理为静电效应及多重分子间弱作用力的结合。
【图文】：
1.1.2 金在不同领域的应用(1) 金在催化剂中的应用由于金的具有良好的稳定性，其电负性（2.54）和第一电离能（9.22eV）大，难失去电子，单晶表面与其他分子之间的相互作用力很弱，对气体的化学吸附能力也很弱，远不及铂族金属活泼，所以常被认为是一种惰性金属，难以将其与催化剂相联系[4]。然而，18 世纪 Haruta 发现负载金的催化剂可以在低温状态下催化氧化 CO 生成 CO2，致使人们对金的催化性能产生了极大的兴趣和关注[5]。随着 Haruta[6-9]，Bond[10-12]和 Thompson[13]等人的研究综述，涌现出了大量的以金作为催化剂的表面科学研究，，特别是进入 21 世纪随着纳米技术的高速发展，以金纳米颗粒作为催化剂反应研究不断增多，使得金在催化剂方面的应用研究进一步得到发展。2015 年，Angelique Ferry[14]等人合成了由不同带负电的氮杂环卡宾配体稳定的铂 Pt、金 Au 纳米颗粒（cNHC-MNPs），用于水相中加氢反应的催化。cNHCMNPs 在水相中能够长期保持稳定，并且 L3@Au-andPdNPs 通过改变 pH，可以使实现纳米粒子从聚集到溶解的可逆变化（图 1-1）。
胱右禾宓暮铣杉捌湓?Au(III)回收中的应用与机理研究3图1-2 体外诊断中金纳米颗粒分析机制的用途金是早期为人们所发现的具有表面增强拉曼效应的金属，近年来随着金纳米粒子的发展得到了更广泛的研究。2008 年 Nie[27]等人发现将 60 nm 左右的金纳米粒子负载在拉曼活性分子的表面可以增强拉曼信号，同时他们将二氧化硅（SiO2）及聚乙二醇作为保护层封装在金纳米粒子外，这种方式制备的产物在生物环境中表现稳定，被应用生物的定向标记中。高分子聚合物与金形成的复合型纳米材料，也已经在应用于表面增强拉曼光谱以及光电子中。(3) 金在航天及电子工业中的应用金还具有良好的耐色变性以及耐磨损性能，并且结合电阻低、导热性高、耐腐蚀性高等特性，使其作为优秀的镀层金属被广泛应用于医药材料[28, 29]和电子工业[30]之中。镀金在航天及电子工业——如集成电路、印刷电路板、微电子零件等制作工艺中都扮演着重要的角色。此外
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O645.1;TF831
本文编号：2671207
【图文】：
1.1.2 金在不同领域的应用(1) 金在催化剂中的应用由于金的具有良好的稳定性，其电负性（2.54）和第一电离能（9.22eV）大，难失去电子，单晶表面与其他分子之间的相互作用力很弱，对气体的化学吸附能力也很弱，远不及铂族金属活泼，所以常被认为是一种惰性金属，难以将其与催化剂相联系[4]。然而，18 世纪 Haruta 发现负载金的催化剂可以在低温状态下催化氧化 CO 生成 CO2，致使人们对金的催化性能产生了极大的兴趣和关注[5]。随着 Haruta[6-9]，Bond[10-12]和 Thompson[13]等人的研究综述，涌现出了大量的以金作为催化剂的表面科学研究，，特别是进入 21 世纪随着纳米技术的高速发展，以金纳米颗粒作为催化剂反应研究不断增多，使得金在催化剂方面的应用研究进一步得到发展。2015 年，Angelique Ferry[14]等人合成了由不同带负电的氮杂环卡宾配体稳定的铂 Pt、金 Au 纳米颗粒（cNHC-MNPs），用于水相中加氢反应的催化。cNHCMNPs 在水相中能够长期保持稳定，并且 L3@Au-andPdNPs 通过改变 pH，可以使实现纳米粒子从聚集到溶解的可逆变化（图 1-1）。
胱右禾宓暮铣杉捌湓?Au(III)回收中的应用与机理研究3图1-2 体外诊断中金纳米颗粒分析机制的用途金是早期为人们所发现的具有表面增强拉曼效应的金属，近年来随着金纳米粒子的发展得到了更广泛的研究。2008 年 Nie[27]等人发现将 60 nm 左右的金纳米粒子负载在拉曼活性分子的表面可以增强拉曼信号，同时他们将二氧化硅（SiO2）及聚乙二醇作为保护层封装在金纳米粒子外，这种方式制备的产物在生物环境中表现稳定，被应用生物的定向标记中。高分子聚合物与金形成的复合型纳米材料，也已经在应用于表面增强拉曼光谱以及光电子中。(3) 金在航天及电子工业中的应用金还具有良好的耐色变性以及耐磨损性能，并且结合电阻低、导热性高、耐腐蚀性高等特性，使其作为优秀的镀层金属被广泛应用于医药材料[28, 29]和电子工业[30]之中。镀金在航天及电子工业——如集成电路、印刷电路板、微电子零件等制作工艺中都扮演着重要的角色。此外
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O645.1;TF831
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 郑雅杰;郭伟;白猛;;氯金酸钾制备及其热分解[J];贵金属;2007年03期
2 王姝;陈新民;潘璐;;镀金对牙科VB钢材料金属铍离子析出的影响[J];华西口腔医学杂志;2007年01期
3 陈志红;刘丽;毛英杰;;表面镀金技术对镍铬合金电化学腐蚀性能的影响[J];中华口腔医学杂志;2007年02期
本文编号：2671207
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