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【6h】

1-己基-3-甲基咪唑-2-硫酮萃取分离铂族金属的研究

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目录

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摘要

1.1 萃取技术简述

1.1.1 传统液液萃取技术

1.1.2 液相微萃取技术

1.2 类离子液体中性萃取剂

1.2.1 离子液体

1.2.2 中性萃取剂

1.3 铂族金属的萃取现状

1.4 本课题的主要内容及研究意义

第二章 1-己基-3-甲基咪唑-2-硫酮/氯仿体系萃取铑的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂和材料

2.2.2 仪器

2.2.3 理论计算细节

2.2.4 1-己基-3-甲基咪唑-2-硫酮的合成

2.2.5 萃取过程

2.3 结果与讨论

2.3.1 萃取条件的优化

2.3.2 Rh(Ⅰ)的萃取机理

2.3.3 热力学和动力学研究

2.3.4 选择性萃取

2.3.5 铑的还原

2.4 本章小结

第三章 HMImT从盐酸介质中通过微萃取法萃取分离多种铂族金属

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂和材料

3.2.2 仪器

3.2.3 实验过程

3.2.4 分离过程

3.2.5 萃取机理

3.2.6 反萃

3.3 结果与讨论

3.3.1 分离过程

3.3.2 萃取机理的研究

3.3.3 Pd(Ⅱ),Rh(Ⅰ)和Pt(Ⅳ)的回收

3.4 本章小结

第四章 HMImT萃取Pt(Ⅱ)的机理、模型、动力学和热力学研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂

4.2.2 仪器

4.2.3 萃取过程

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 HMImT通过液液萃取和微萃取法萃取Pt(Ⅱ)的比较

4.3.2 实验条件的优化

4.3.3 HMImT萃取Pt(Ⅱ)的机理研究

4.3.4 萃取模型、动力学和热力学模型

4.4 本章小节

5.1 本论文的创新点

5.2 有待解决的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

近年来,由于离子液体萃取剂具有令人满意的萃取效果和选择性而被广泛应用,但是离子液体也同样存在很多缺点,例如粘度大、水中溶解度较大,易产生水相污染、以离子交换机理萃取金属易造成萃取剂损失等。因此我们设计合成了新型软碱类萃取剂1-己基-3-甲基咪唑-2-硫酮(HMImT),其在水中溶解度较小,并以中性络合(或离子缔合)机理萃取金属,因而极大地减少了它在萃取过程中的损失。由于铂族金属的萃取分离过程存在很多问题亟待解决,例如Rh、Pt萃取困难,Pd、Pt、Rh和Ir分离效果差,环境污染和后处理不充分等,本文重点研究了HMImT从盐酸介质中萃取分离Pd、Pt、Rh和Ir的方法。本论文主要包含三部分,具体如下:
  一、探究了HMImT从盐酸介质中萃取Rh的方法、影响因素和机理。在盐酸溶液中,Rh(Ⅲ)存在形式多样、随酸度的变化而变化,萃取机理复杂,萃取率低。为解决此问题,我们向水相中加入SnCl2,将Rh(Ⅲ)还原为Rh(Ⅰ)。Rh(Ⅰ)不易受酸度影响,易被萃取。在1~5M HCl浓度下,调节HMImT和Rh(Ⅰ)的用量比值为6,萃取率可以达到99%;通过XPS光谱证明了Rh三价到一价的价态转换;红外光谱和等摩尔比法分析确定HMImT和Rh(Ⅰ)按2∶1配比形成配合物;再结合滴定法、紫外光谱、核磁共振光谱和理论计算,最终确定了HMImT萃取Rh(Ⅰ)的机理为中性络合机理。HMImT对Rh(Ⅰ)具有很高的萃取效率和选择性:当Rh(Ⅰ)的萃取率为99.6%时,其它的贱金属Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Al(Ⅲ)、Ce(Ⅲ)、Li(Ⅰ)、Mg(Ⅱ)的萃取率都在10%左右。
  二、探究了四种性质相近的贵金属Pd(Ⅱ)、Pt(Ⅳ)、Rh(Ⅲ)和Ir(Ⅳ)的分离方法。采用微萃取法取代液液萃取法。体系中仅用一种萃取剂HMImT分离铂族金属:第一步分离Pd(Ⅱ),HMImT直接从混合溶液中萃取目标金属Pd(Ⅱ),Pd(Ⅱ)、Pt(Ⅳ)、Rh(Ⅲ)和Ir(Ⅳ)的萃取率分别为99.4%、0.9%、2.0%和2.3%;第二步分离Pt(Ⅳ),调节盐酸浓度至9.0M,在此酸度下Pt(Ⅳ)和Rh(Ⅲ)、Ir(Ⅳ)各自萃取率为99.8%,0.9%和0.5%;第三步分离Rh(Ⅲ),加入SnCl2将Rh(Ⅲ)还原成Rh(Ⅰ),Rh(Ⅰ)的萃取率大大提高,HMImT萃取Rh、Ir的萃取率分别为99.6%和0.1%。分离完成后,评价了各自的萃取容量和纯度,HMImT表现出较好的萃取容量(Pd0.54mmol/g,Rh0.82mmol/g,Pt0.14mmol/g)和纯度(≥99%)。通过Job法、FT-IR光谱、UR光谱、1H NMR光谱和理论计算证明了HMImT萃取Pt(Ⅳ)为离子缔合萃取机理。萃合物的反萃回收是萃取的关键部分,我们首次使用沉淀煅烧法最终得到Pd、Rh2O3和Pt2O。
  三、探究了从盐酸介质中萃取Pt(Ⅱ)的方法。萃取过程中,盐酸浓度过高会对萃取剂造成一定的破坏,也会使水相的后处理过程更为繁琐,因此我们改进了Pt的萃取方法,努力降低Pt的萃取酸度。向Pt(Ⅳ)溶液中加入SnCl2固体,Pt(Ⅳ)被还原为Pt(Ⅱ)。在0.8M HCl浓度下,Pt(Ⅱ)的萃取率仍然能达到99.4%。此时,Pt的萃取机理从离子缔合转换为中性络合机理。为了解HMImT萃取铂族金属的应用潜力,建立了Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)非线性等温线模型,研究了一、二级动力学和热力学模型,其对HMImT萃取铂族金属的工业应用具有一定的指导意义。

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