三丁基氧化膦-离子液体体系萃取UO2(NO3)2的机理和选择性

刘海望 沈兴海 陈庆德

引用本文: 刘海望, 沈兴海, 陈庆德. 三丁基氧化膦-离子液体体系萃取UO2(NO3)2的机理和选择性[J]. 物理化学学报, 2015, 31(5): 843-851. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503202 shu
Citation:  LIU Hai-Wang, SHEN Xing-Hai, CHEN Qing-De. Extraction Mechanism and Selectivity of UO2(NO3)2 in Tributylphosphine Oxide-Ionic Liquid System[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(5): 843-851. doi: 10.3866/PKU.WHXB201503202 shu

三丁基氧化膦-离子液体体系萃取UO2(NO3)2的机理和选择性

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(91226112)资助项目 (91226112)

摘要:

研究了三辛基氧化膦(TOPO)和三丁基氧化膦(TBPO)在离子液体(ILs) 1-烷基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(CnmimNTf2, n=2, 4, 6, 8)中萃取分离UO2(NO3)2. TOPO-C2mimNTf2和TOPO-C4mimNTf2体系萃取UO2(NO3)2时会出现三相, 而TBPO萃取UO2(NO3)2的萃合物可以很好地溶解在所有离子液体中. 论文也考察了萃取过程中的萃取剂浓度效应、酸效应、盐效应. 水相加入HNO3会降低萃取效率. 盐效应证明了萃取是一种阳离子交换机理. 水相中加入NO3-能够提高U的萃取, 这说明NO3-参与萃取. 选择性研究表明: 除了在高酸度下对Zr 的显著萃取, TBPO-C4mimNTf2萃取体系在低酸度下对U呈现较好的选择性; 去除U后, 在低酸度下该体系对三价Nd 仍保持较好的选择性. 通过定量比较离子液体中NO3-进入量, 电喷雾质谱(ESI-MS)和紫外光谱表征确定了TBPO-CnmimNTf2中萃取机理的差异性. 萃取中存在两种萃合物, 即UO2(TBPO)3(NO3)+和UO2(TBPO)32+, 其中UO2(TBPO)3(NO3)+的比例从C2mimNTf2体系到C8mimNTf2体系逐渐增加.

English

    1. [1]

      (1) Bonhote, P.; Dias, A. P.; Papageorgiou, N.; Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M. Inorg Chem. 1996, 35, 1168. doi: 10.1021/ic951325x

      (1) Bonhote, P.; Dias, A. P.; Papageorgiou, N.; Kalyanasundaram, K.; Grätzel, M. Inorg Chem. 1996, 35, 1168. doi: 10.1021/ic951325x

    2. [2]

      (2) Mekkii, S.; Wai, C. M.; Billard, I.; Moutiers, G.; Burt, J.; Yoon, B.; Wang, J. S.; Gaillard, C.; Ouadi, A.; Hesemann, P. Chem. Eur. J. 2006, 12, 1760.(2) Mekkii, S.; Wai, C. M.; Billard, I.; Moutiers, G.; Burt, J.; Yoon, B.; Wang, J. S.; Gaillard, C.; Ouadi, A.; Hesemann, P. Chem. Eur. J. 2006, 12, 1760.

    3. [3]

      (3) Rao, C. J.; Venkatesan, K. A.; Nagarajan, K.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. Electrochim. Acta 2009, 54, 4718. doi: 10.1016/j.electacta.2009.03.074(3) Rao, C. J.; Venkatesan, K. A.; Nagarajan, K.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. Electrochim. Acta 2009, 54, 4718. doi: 10.1016/j.electacta.2009.03.074

    4. [4]

      (4) Rao, C. J.; Venkatesan, K. A.; Nagarajan, K.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. Electrochim. Acta 2007, 53, 1911. doi: 10.1016/j.electacta.2007.08.043(4) Rao, C. J.; Venkatesan, K. A.; Nagarajan, K.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. Electrochim. Acta 2007, 53, 1911. doi: 10.1016/j.electacta.2007.08.043

    5. [5]

      (5) Wang, S. J.; Ao, Y. Y.; Zhou, H. Y.; Yuan, L. Y.; Peng, J.; Zhai, M. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1597. [王硕珏, 敖银勇, 周瀚洋, 袁立永, 彭静, 翟茂林. 物理化学学报, 2014, 30, 1597.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406271(5) Wang, S. J.; Ao, Y. Y.; Zhou, H. Y.; Yuan, L. Y.; Peng, J.; Zhai, M. L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2014, 30, 1597. [王硕珏, 敖银勇, 周瀚洋, 袁立永, 彭静, 翟茂林. 物理化学学报, 2014, 30, 1597.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201406271

    6. [6]

      (6) Yuan, L. Y.; Xu, C.; Peng, J.; Xu, L.; Zhai, M. L.; Li, J. Q.; Wei, G. S.; Shen, X. H. Dalton Trans. 2009, 38, 7873.(6) Yuan, L. Y.; Xu, C.; Peng, J.; Xu, L.; Zhai, M. L.; Li, J. Q.; Wei, G. S.; Shen, X. H. Dalton Trans. 2009, 38, 7873.

    7. [7]

      (7) Xu, C.; Shen, X. H.; Chen, Q. D.; Gao, H. C. Sci. China-Chem. 2009, 52, 1858. doi: 10.1007/s11426-009-0268-8(7) Xu, C.; Shen, X. H.; Chen, Q. D.; Gao, H. C. Sci. China-Chem. 2009, 52, 1858. doi: 10.1007/s11426-009-0268-8

    8. [8]

      (8) Xu, C.; Yuan, L. Y.; Shen, X. H.; Zhai, M. L. Dalton Trans. 2010, 39, 3897. doi: 10.1039/b925594j(8) Xu, C.; Yuan, L. Y.; Shen, X. H.; Zhai, M. L. Dalton Trans. 2010, 39, 3897. doi: 10.1039/b925594j

    9. [9]

      (9) Sun, T. X.; Wang, Z. M.; Shen, X. H. Inorg. Chim. Acta 2012, 390, 8. doi: 10.1016/j.ica.2012.04.005(9) Sun, T. X.; Wang, Z. M.; Shen, X. H. Inorg. Chim. Acta 2012, 390, 8. doi: 10.1016/j.ica.2012.04.005

    10. [10]

      (10) Gao, S.; Sun, T.; Chen, Q.; Shen, X. J. Hazard. Mater. 2013, 263, 562. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.10.014(10) Gao, S.; Sun, T.; Chen, Q.; Shen, X. J. Hazard. Mater. 2013, 263, 562. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.10.014

    11. [11]

      (11) Sun, T. X. Application of Ionic Liquids in the Extraction of Sr, Cs, U, and Tc. Ph.D. Dissertation, Peking University, Beijing, 2013. [孙涛祥. 离子液体体系萃取Sr, Cs, U 和Tc 等元素的研究[D]. 北京: 北京大学, 2013.](11) Sun, T. X. Application of Ionic Liquids in the Extraction of Sr, Cs, U, and Tc. Ph.D. Dissertation, Peking University, Beijing, 2013. [孙涛祥. 离子液体体系萃取Sr, Cs, U 和Tc 等元素的研究[D]. 北京: 北京大学, 2013.]

    12. [12]

      (12) Sun, T. X.; Shen, X. H.; Chen, Q. D. Sci. China-Chem. 2013, 56, 782. doi: 10.1007/s11426-013-4859-z(12) Sun, T. X.; Shen, X. H.; Chen, Q. D. Sci. China-Chem. 2013, 56, 782. doi: 10.1007/s11426-013-4859-z

    13. [13]

      (13) Sun, T. X.; Shen, X. H.; Chen, Q. D.; Ma, J. Y.; Zhang, S.; Huang, Y. Y. Radiat. Phys. Chem. 2013, 83, 74. doi: 10.1016/j.radphyschem.2012.10.004(13) Sun, T. X.; Shen, X. H.; Chen, Q. D.; Ma, J. Y.; Zhang, S.; Huang, Y. Y. Radiat. Phys. Chem. 2013, 83, 74. doi: 10.1016/j.radphyschem.2012.10.004

    14. [14]

      (14) Wu, J. K.; Shen, X. H.; Chen, Q. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1705. [吴京珂, 沈兴海, 陈庆德. 物理化学学报, 2013, 29, 1705.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201306043(14) Wu, J. K.; Shen, X. H.; Chen, Q. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29, 1705. [吴京珂, 沈兴海, 陈庆德. 物理化学学报, 2013, 29, 1705.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201306043

    15. [15]

      (15) Giridhar, P.; Venkatesan, K. A.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2005, 265, 31. doi: 10.1007/s10967-005-0785-7(15) Giridhar, P.; Venkatesan, K. A.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2005, 265, 31. doi: 10.1007/s10967-005-0785-7

    16. [16]

      (16) Giridhar, P.; Venkatesan, K. A.; Subramaniam, S.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Alloy. Compd. 2008, 448, 104. doi: 10.1016/j.jallcom.2007.03.115(16) Giridhar, P.; Venkatesan, K. A.; Subramaniam, S.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Alloy. Compd. 2008, 448, 104. doi: 10.1016/j.jallcom.2007.03.115

    17. [17]

      (17) Dietz, M. L.; Stepinski, D. C. Talanta 2008, 75, 598. doi: 10.1016/j.talanta.2007.11.051(17) Dietz, M. L.; Stepinski, D. C. Talanta 2008, 75, 598. doi: 10.1016/j.talanta.2007.11.051

    18. [18]

      (18) Wang, J. S.; Sheaff, C. N.; Yoon, B.; Addleman, R. S.; Wai, C. M. Chem. Eur. J. 2009, 15, 4458. doi: 10.1002/chem.v15:17(18) Wang, J. S.; Sheaff, C. N.; Yoon, B.; Addleman, R. S.; Wai, C. M. Chem. Eur. J. 2009, 15, 4458. doi: 10.1002/chem.v15:17

    19. [19]

      (19) Visser, A. E.; Jensen, M. P.; Laszak, I.; Nash, K. L.; Choppin, G. R.; Rogers, R. D. Inorg. Chem. 2003, 42, 2197. doi: 10.1021/ic026302e(19) Visser, A. E.; Jensen, M. P.; Laszak, I.; Nash, K. L.; Choppin, G. R.; Rogers, R. D. Inorg. Chem. 2003, 42, 2197. doi: 10.1021/ic026302e

    20. [20]

      (20) Visser, A. E.; Rogers, R. D. J. Solid State Chem. 2003, 171, 109. doi: 10.1016/S0022-4596(02)00193-7(20) Visser, A. E.; Rogers, R. D. J. Solid State Chem. 2003, 171, 109. doi: 10.1016/S0022-4596(02)00193-7

    21. [21]

      (21) Cocalia, V. A.; Jensen, M. P.; Holbrey, J. D.; Spear, S. K.; Stepinski, D. C.; Rogers, R. D. Dalton Trans. 2005, 1966.(21) Cocalia, V. A.; Jensen, M. P.; Holbrey, J. D.; Spear, S. K.; Stepinski, D. C.; Rogers, R. D. Dalton Trans. 2005, 1966.

    22. [22]

      (22) Shen, Y.; Tan, X.; Wang, L.; Wu, W. Sep. Purif. Technol. 2011, 78, 298. doi: 10.1016/j.seppur.2011.01.042(22) Shen, Y.; Tan, X.; Wang, L.; Wu, W. Sep. Purif. Technol. 2011, 78, 298. doi: 10.1016/j.seppur.2011.01.042

    23. [23]

      (23) Rout, A.; Venkatesan, K. A.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Hazard. Mater. 2012, 221, 62.(23) Rout, A.; Venkatesan, K. A.; Srinivasan, T. G.; Rao, P. R. V. J. Hazard. Mater. 2012, 221, 62.

    24. [24]

      (24) Ouadi, A.; Klimchuk, O.; Gaillard, C.; Billard, I. Green Chem. 2007, 9, 1160. doi: 10.1039/b703642f(24) Ouadi, A.; Klimchuk, O.; Gaillard, C.; Billard, I. Green Chem. 2007, 9, 1160. doi: 10.1039/b703642f

    25. [25]

      (25) Srncik, M.; Kogelnig, D.; Stojanovic, A.; Koerner, W.; Krachler, R.; Wallner, G. Appl. Radiat. Isot. 2009, 67, 2146. doi: 10.1016/j.apradiso.2009.04.011(25) Srncik, M.; Kogelnig, D.; Stojanovic, A.; Koerner, W.; Krachler, R.; Wallner, G. Appl. Radiat. Isot. 2009, 67, 2146. doi: 10.1016/j.apradiso.2009.04.011

    26. [26]

      (26) Bell, T. J.; Ikeda, Y. Dalton Trans. 2011, 40, 10125. doi: 10.1039/c1dt10755k(26) Bell, T. J.; Ikeda, Y. Dalton Trans. 2011, 40, 10125. doi: 10.1039/c1dt10755k

    27. [27]

      (27) Billard, I.; Ouadi, A.; Jobin, E.; Champion, J.; Gaillard, C.; Georg, S. Solvent Extr. Ion Exch. 2011, 29, 577. doi: 10.1080/07366299.2011.566494(27) Billard, I.; Ouadi, A.; Jobin, E.; Champion, J.; Gaillard, C.; Georg, S. Solvent Extr. Ion Exch. 2011, 29, 577. doi: 10.1080/07366299.2011.566494

    28. [28]

      (28) Pribylova, G. A. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2011, 288, 693. doi: 10.1007/s10967-011-1014-1(28) Pribylova, G. A. J. Radioanal. Nucl. Chem. 2011, 288, 693. doi: 10.1007/s10967-011-1014-1

    29. [29]

      (29) Bonnaffe-Moity, M.; Ouadi, A.; Mazan, V.; Miroshnichenko, S.; Ternova, D.; Georg, S.; Sypula, M.; Gaillard, C.; Billard, I. Dalton Trans. 2012, 41, 7526. doi: 10.1039/c2dt12421a(29) Bonnaffe-Moity, M.; Ouadi, A.; Mazan, V.; Miroshnichenko, S.; Ternova, D.; Georg, S.; Sypula, M.; Gaillard, C.; Billard, I. Dalton Trans. 2012, 41, 7526. doi: 10.1039/c2dt12421a

    30. [30]

      (30) Panja, S.; Mohapatra, P. K.; Tripathi, S. C.; Gandhi, P. M.; Janardan, P. Sep. Purif. Technol. 2012, 96, 289. doi: 10.1016/j.seppur.2012.06.015(30) Panja, S.; Mohapatra, P. K.; Tripathi, S. C.; Gandhi, P. M.; Janardan, P. Sep. Purif. Technol. 2012, 96, 289. doi: 10.1016/j.seppur.2012.06.015

    31. [31]

      (31) Sengupta, A.; Mohapatra, P. K.; Iqbal, M.; Huskens, J.; Verboom, W. Dalton Trans. 2012, 41, 6970. doi: 10.1039/c2dt12364a(31) Sengupta, A.; Mohapatra, P. K.; Iqbal, M.; Huskens, J.; Verboom, W. Dalton Trans. 2012, 41, 6970. doi: 10.1039/c2dt12364a

    32. [32]

      (32) Quinn, J. E.; Ogden, M. D.; Soldenhoff, K. Solvent Extr. Ion Exch. 2013, 31, 538. doi: 10.1080/07366299.2013.775891(32) Quinn, J. E.; Ogden, M. D.; Soldenhoff, K. Solvent Extr. Ion Exch. 2013, 31, 538. doi: 10.1080/07366299.2013.775891

    33. [33]

      (33) Wei, M.; Feng, X. G.; Chen, J. Sep. Sci. Technol. 2013, 48, 741. doi: 10.1080/01496395.2012.707732

      (33) Wei, M.; Feng, X. G.; Chen, J. Sep. Sci. Technol. 2013, 48, 741. doi: 10.1080/01496395.2012.707732

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  271
  • 文章访问数:  491
  • HTML全文浏览量:  6
文章相关
  • 发布日期:  2015-05-08
  • 收稿日期:  2015-01-13
  • 网络出版日期:  2015-03-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章