離子液基萃取金屬離子的研究進(jìn)展

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1、作者：孫曉琦徐愛(ài)梅陳繼李德謙?加入收藏夾【關(guān)鍵詞】?室溫離子液體,,金屬離子,,萃取,,評(píng)述　　摘要?室溫離子液體作為一種新型綠色溶劑，因其具有不揮發(fā)、不易燃等重要特性，故近年來(lái)在各種金屬離子液/液萃取領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到關(guān)注。本文系統(tǒng)評(píng)述了離子液基萃取金屬離子的分配規(guī)律、萃取機(jī)理、缺陷和克服方法，并展望了該分離方法在環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景?！　￡P(guān)鍵詞?室溫離子液體,金屬離子,萃取,評(píng)述　　1?引言　　室溫離子液體是指在室溫或接近室溫條件下為液體，且全部由陰、陽(yáng)兩種離子組成的有機(jī)類離子化合物。因其在催化[1]、合成[2]、

2、電化學(xué)[3]、分析和分離[4]等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，故日益受到關(guān)注。離子液基萃取是應(yīng)用室溫離子液體替代揮發(fā)性有機(jī)分子溶劑作為稀釋劑（功能性離子液自身就具有萃取功能）用于萃取。作為一種新興綠色溶劑[7]，盡管室溫離子液體對(duì)環(huán)境的影響還缺少有效評(píng)估，并且，相關(guān)毒理和生物降解等[8]方面的研究尚處于起步階段，但研究發(fā)現(xiàn)其具有一系列獨(dú)特的性質(zhì)，例如：液態(tài)溫度范圍寬，溶解能力強(qiáng)，幾乎無(wú)可測(cè)蒸氣壓，穩(wěn)定性高，粘度大，導(dǎo)電性良好。并且正是不揮發(fā)、不易燃等優(yōu)點(diǎn)，使之有可能在萃取分離過(guò)程中替代有機(jī)溶劑發(fā)揮重要作用。此外，離子液在某些體系中

3、很高的萃取效率和富集因子，已經(jīng)在金屬離子環(huán)境分析領(lǐng)域得到應(yīng)用和受到關(guān)注[5]。離子液體在分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用盡管已有較好的綜述[5,6]，但是對(duì)金屬離子萃取分離在環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，一般限于對(duì)萃取體系和萃取效果的討論，還未見(jiàn)從分配規(guī)律和萃取機(jī)理的角度較完整的評(píng)述。環(huán)境分析領(lǐng)域的萃取分離金屬離子樣品前處理與冶金領(lǐng)域的工業(yè)流程分離盡管目的不同，但技術(shù)方面具有同源性，尤其在選擇萃取體系、提高萃取和富集效率、以及萃取機(jī)理方面是共同面臨的問(wèn)題。目前在環(huán)境分析領(lǐng)域直接的應(yīng)用還很有限，作者希望借鑒在冶金領(lǐng)域發(fā)展比較迅速的金屬離子萃取方面

4、的理論和技術(shù)，促進(jìn)離子液體在金屬萃取、富集等環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展?！　??離子液基萃取的分配規(guī)律　　在離子液基萃取金屬離子的研究中，某些萃取劑的萃取行為與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑體系有著很大的差異，甚至表現(xiàn)出極高的萃取效率。離子液體自身結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)對(duì)體系的萃取率和選擇性產(chǎn)生重要影響。在將冠醚應(yīng)用于離子液基液/液萃取金屬離子的研究中，Dai等[9]在DCH18C6[R1R2MeIm][NTf2]/[PF6]體系萃取Sr2+的研究中發(fā)現(xiàn)，該體系具有很高的分配比(DSr>104)，并且可以通過(guò)變化離子液陽(yáng)離子部分烷基鏈長(zhǎng)度及陰離子

5、種類的方法來(lái)調(diào)節(jié)體系的萃取率，這一現(xiàn)象表明了離子液基萃取金屬離子具有重要的應(yīng)用價(jià)值。Visser等[10]以[Cnmim][PF6](n=4,6,8)為稀釋劑，在應(yīng)用18C6、DCH18C6和Dtb18C6三種冠醚萃取Na+、Cs+、Sr2+的研究中發(fā)現(xiàn)，體系中金屬離子在萃取過(guò)程中的分配，既與冠醚的濃度和疏水結(jié)構(gòu)有關(guān)，又與水相的組成有關(guān)。水相中含有HCl、檸檬酸鈉、ＨＮＯ３和ＮaNO3，會(huì)明顯提高體系的萃取率和離子液相的含水量，在上述3種冠醚中，Dtb18C6具有最高的萃取能力，并可與Cs+和Sr2+形成1∶1的絡(luò)合物。此外

6、，在應(yīng)用離子液基萃取處理裂變產(chǎn)物的過(guò)程中，傳統(tǒng)冠醚DCH18C6雖然具有很強(qiáng)的萃取能力，但同時(shí)也存在著難于反萃的缺點(diǎn)。為此，Luo等[11]合成了一系列N烷基取代冠醚，并將它們用于Sr2+、K+、Na+、Cs+的離子液基萃取。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這一系列萃取劑可以通過(guò)調(diào)節(jié)pH值實(shí)現(xiàn)體系的有效反萃。與傳統(tǒng)冠醚DCH18C6比較的結(jié)果表明，這類新配體的萃取率較高，并且離子液陽(yáng)離子部分烷基鏈的變化會(huì)對(duì)體系的選擇性帶來(lái)明顯的影響。該研究結(jié)果說(shuō)明，在離子液基萃取中，可以通過(guò)優(yōu)化離子液和配體（萃取劑）的種類來(lái)提高體系的萃取率和選擇性。Stepin

7、ski等[12]在對(duì)DCH18C6[Cnmim][NTf2]體系萃取Sr2+的協(xié)同萃取實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著TBP的加入，體系會(huì)出現(xiàn)明顯的協(xié)萃效應(yīng)，即體系的萃取率和選擇性都會(huì)明顯提高；體系的協(xié)萃效應(yīng)隨離子液烷基鏈的增長(zhǎng)而明顯降低。當(dāng)離子液為[C10mim][NTf2]時(shí)，TBP的加入對(duì)體系的影響很小。雖然協(xié)同萃取不能提高[C10mim][NTf2]等萃取能力較低體系的萃取效率，但是，離子液基萃取體系也存在協(xié)同萃取效應(yīng)，為應(yīng)用協(xié)同萃取效應(yīng)設(shè)計(jì)離子液基萃取體系帶來(lái)了新的希望。選擇性是衡量萃取體系的重要標(biāo)準(zhǔn)，Chun等[13]在DC18C

8、6[Cnmim][PF6](n=4~9)體系萃取堿金屬的研究中發(fā)現(xiàn)，體系的選擇性為：K+>Rb+>Cs+>Na+>Li+，并且隨著離子液烷基鏈的增長(zhǎng)，體系的萃取率會(huì)逐漸降低，而K+/Rb+和K+/Cs+的選擇性則逐漸增加，該體系的萃取率和選擇性不隨水相陰離子的變化而變化。???　　圖1?在