关键词：
Au(Ⅲ)
Pd(Ⅱ)
硫醚萃取剂
液-液萃取
萃取机理
摘要：
贵金属金(Au)和钯(Pd)具有许多优良特性,被广泛应用于工业和科技领域。随着科技的发展,电子垃圾产量逐年攀升,造成极大环境危害。因此,从电子垃圾中回收金、钯具有重要意义。溶剂萃取法因其能够实现选择性萃取且收率较高,已成为金属分离提纯的主要方式。含硫萃取剂对金和钯具有特异性识别效果,能够实现目标金属的选择性萃取。因此本论文以硫醚为基本骨架,合成硫醚噻吩萃取剂、三齿硫醚类萃取剂和多齿硫醚萃取剂,用于Au(III)和Pd(II)的液-液萃取实验。系统考察了稀释剂、盐酸浓度、萃取时间、初始金属离子浓度等因素对萃取性能的影响,同时考察了萃取剂的实际应用和重复利用性能。主要研究内容如下:
(1)以2,5-二氯噻吩为原料,分别与乙硫醇钠、戊硫醇和氢氧化钠反应,合成了2,5-二乙基硫醚噻吩和2,5-二戊基硫醚噻吩。在4 h内,5 mmol/L 2,5-二乙基/二戊基硫醚噻吩可从0.1 mol/L盐酸中完全萃取1 mmol/L Au(III)和Pd(II)。2,5-二乙基硫醚噻吩对Au(III)对Pd(II)具有较大的萃取饱和容量,分别为678.87 mg/g和446.01 mg/g。在模拟混合金属离子溶液和实际电子垃圾浸出液中,该萃取剂均表现出对Au(III)和Pd(II)优异的选择性。经过6次重复利用后,萃取剂仍然保持稳定的萃取率。该萃取剂对Au(III)的萃取遵循氢离子溶剂化机理,对Pd(II)的萃取遵循配位取代机理。
(2)为了获得更快的萃取速率,合成了酯基直链硫醚萃取剂,同时探究了萃取剂结构与性能的关系。以3,3’-硫代二丙酸为原料,经酰化、酯化反应后得到3,3’-硫代二丙酸二酯,酯基烷基链长为乙基-己基。首先,碳链长度最短、分子量最小的3,3’-硫代二丙酸二乙酯具有最大的萃取容量,对Au(III)和Pd(II)的萃取量分别为910.2 mg/g和280.7 mg/g。在0.1 mol/L盐酸,5 mmol/L 3,3’-硫代二丙酸二乙酯可分别在20 min、15 min内完全萃取1 mmol/L的Au(III)和Pd(II);在模拟电子垃圾溶液和实际电子垃圾浸出液中均表现出对Au(III)或Pd(II)优异的选择性;经过4次重复利用后,材料仍然保持较高的萃取率,可重复利用。该萃取剂对Au(III)的萃取遵循配位取代和离子缔合机理,对Pd(II)的萃取遵循配位取代机理。
(3)为了提高萃取剂络合比、探究萃取剂结构对萃取性能的影响,合成了带双硫原子的多齿硫醚萃取剂。以1,2-双(羧甲硫基)-乙烷为原料,经过酰化和酯化反应后合成酯基链长分别为乙基和戊基的1,2-双(羧乙基甲硫基)-乙烷、1,2-双(羧戊基甲硫基)-乙烷。2 mmol/L SS-C2/C5可在2 h内萃取1 mmol/L Au(III)和Pd(II)。在最佳实验条件下,SS-C2和SS-C5对Au(III)的萃取饱和容量分别为750.60 mg/g和557.98 mg/g;对Pd(II)饱和萃取容量为分别为500.17 mg/g和484.87 mg/g。两个萃取剂对混合金属离子溶液中的Au(III)和Pd(II)具有好的选择性。其中,SS-C5对Pd(II)表现出优异的萃取能力,对钯的萃取不受盐酸浓度和杂离子的影响,萃取率始终保持在96%以上。Au(III)和Pd(II)的萃取机理均为配位取代机理。
综上,本文制备的三类萃取剂均能够较好的实现对Au(III)和Pd(II)的选择性萃取,在贵金属离子回收方面有着良好的应用前景。
