含立体对称结构络阴离子的离子液体共萃剂用于从盐湖卤水中萃取提锂的研究
锂作为一种有前景的战略金属，广泛应用在各种领域中，尤其在电池行业，其需求量逐年增加。中国盐湖卤水中的锂资源储量丰富，从盐湖卤水中提锂逐渐成为获取锂资源的主要方式。而中国的盐湖卤水具有高镁锂比的特性，提锂难度大，因此选择合适有效的方法从盐湖卤水中提锂具有重要的意义。溶剂萃取法是目前提锂的常用方法之一，但是含氟或含铁类的共萃剂在萃取过程中存在稳定性和重复利用性差等问题，为解决以上问题，本文设计合成了含立体对称结构络阴离子的非氟非铁离子液体作为共萃剂用于萃取提锂。 本文基于共萃剂需含立体对称结构的络阴离子，设计合成了两种疏水性离子液体用作共萃剂。首先使用磷钨酸(H3PW12O40)和1-丁基-3-甲基咪唑溴盐(BmimBr)反应合成了1-丁基-3-甲基咪唑磷钨酸盐([Bmim]3PW12O40)，并进行了红外、核磁和热重的表征。然后使用由萃取剂磷酸三丁酯(TBP)、共萃剂[Bmim]3PW12O40和稀释剂邻苯二甲酸二甲酯(DMP)组成的有机相体系选择性萃取Li+，并优化了萃取、洗涤和反萃等实验条件。在最优的萃取条件下，金属离子间的分离因子顺序为βLi+/Mg2+＞βLi+/K+＞βLi+/Na+;经过5级错流萃取后Li+的萃取率可达到99.23％;采用NaCl和LiCl溶液组成的洗涤剂洗涤有机相时Mg2+的洗涤率为100％，Li+的洗涤损失为0％;采用HCl或Na2CO3溶液反萃有机相时Li+的反萃率为100％;10次的循环萃取过程中Li+的单级萃取率可以保持在60％左右。最后，通过核磁、红外表征和Materials Studio软件模拟计算，揭示了萃取过程的机理，即萃取过程为阳离子交换。TBP中的P=O通过与金属离子进行配位生成有机阳离子，再与共萃剂络阴离子经离子缔合萃取而将其萃入有机相，不同金属离子与TBP的配位能力为Li+＞Na+＞K+≈Mg2+。 为了提高单级萃取率和分离因子，随后又采用四苯基硼酸钠(NaBph4)和1-丁基-3-甲基咪唑溴盐(BmimBr)反应合成了1-丁基-3-甲基咪唑四苯基硼酸盐([Bmim]Bph4)，并进行了核磁的表征。使用由萃取剂TBP、共萃剂[Bmim]Bph4和稀释剂溴氯甲烷(CH2BrCl)组成的有机相体系萃取Li+，探究了萃取、洗涤和反萃等实验条件。金属离子间的分离因子顺序为βLi+/Mg2+＞βLi+/K+＞＞βLi+/Na+;经过4级的错流萃取后Li+的萃取率可达到99.47％;采用NaCl和LiCl溶液组成的洗涤剂洗涤有机相时Mg2+的洗涤率为100％，Li+的洗涤损失为0％;采用Na2CO3溶液反萃有机相时Li+的反萃率为100％;10次的循环萃取过程中Li+的单级萃取率可以保持在90％左右。最后，通过对有机相萃取体系进行核磁和红外表征及Materials Studio软件模拟计算，验证了萃取过程的机理为阳离子交换，不同金属离子与TBP的配位能力为Li+＞＞Na+＞K+≈Mg2+。
盐湖卤水;萃取提锂;离子液体共萃剂;立体对称结构;络阴离子
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘伟
2019
中文
TS396.5
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）