离子液基萃取金属离子的研究进展

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1、作者：孙晓琦徐爱梅陈继李德谦 加入收藏夹【关键词】 室温离子液体,,金属离子,,萃取,,评述　　摘要 室温离子液体作为一种新型绿色溶剂，因其具有不挥发、不易燃等重要特性，故近年来在各种金属离子液/液萃取领域的应用日益受到关注。本文系统评述了离子液基萃取金属离子的分配规律、萃取机理、缺陷和克服方法，并展望了该分离方法在环境分析化学领域的应用前景。　　关键词 室温离子液体,金属离子,萃取,评述　　1 引言　　室温离子液体是指在室温或接近室温条件下为液体，且全部由阴、阳两种离子组成的有机类离子化合物。因其在催化[1]、合成[2]、

2、电化学[3]、分析和分离[4]等方面具有广泛的应用价值，故日益受到关注。离子液基萃取是应用室温离子液体替代挥发性有机分子溶剂作为稀释剂（功能性离子液自身就具有萃取功能）用于萃取。作为一种新兴绿色溶剂[7]，尽管室温离子液体对环境的影响还缺少有效评估，并且，相关毒理和生物降解等[8]方面的研究尚处于起步阶段，但研究发现其具有一系列独特的性质，例如：液态温度范围宽，溶解能力强，几乎无可测蒸气压，稳定性高，粘度大，导电性良好。并且正是不挥发、不易燃等优点，使之有可能在萃取分离过程中替代有机溶剂发挥重要作用。此外，离子液在某些体系中

3、很高的萃取效率和富集因子，已经在金属离子环境分析领域得到应用和受到关注[5]。离子液体在分析化学领域的应用尽管已有较好的综述[5,6]，但是对金属离子萃取分离在环境分析化学领域的应用，一般限于对萃取体系和萃取效果的讨论，还未见从分配规律和萃取机理的角度较完整的评述。环境分析领域的萃取分离金属离子样品前处理与冶金领域的工业流程分离尽管目的不同，但技术方面具有同源性，尤其在选择萃取体系、提高萃取和富集效率、以及萃取机理方面是共同面临的问题。目前在环境分析领域直接的应用还很有限，作者希望借鉴在冶金领域发展比较迅速的金属离子萃取方面

4、的理论和技术，促进离子液体在金属萃取、富集等环境分析化学领域的进一步发展。　　2 离子液基萃取的分配规律　　在离子液基萃取金属离子的研究中，某些萃取剂的萃取行为与传统的有机溶剂体系有着很大的差异，甚至表现出极高的萃取效率。离子液体自身结构的变化也会对体系的萃取率和选择性产生重要影响。在将冠醚应用于离子液基液/液萃取金属离子的研究中，Dai等[9]在DCH18C6[R1R2MeIm][NTf2]/[PF6]体系萃取Sr2+的研究中发现，该体系具有很高的分配比(DSr>104)，并且可以通过变化离子液阳离子部分烷基链长度及阴离子

5、种类的方法来调节体系的萃取率，这一现象表明了离子液基萃取金属离子具有重要的应用价值。Visser等[10]以[Cnmim][PF6](n=4,6,8)为稀释剂，在应用18C6、DCH18C6和Dtb18C6三种冠醚萃取Na+、Cs+、Sr2+的研究中发现，体系中金属离子在萃取过程中的分配，既与冠醚的浓度和疏水结构有关，又与水相的组成有关。水相中含有HCl、柠檬酸钠、ＨＮＯ３和ＮaNO3，会明显提高体系的萃取率和离子液相的含水量，在上述3种冠醚中，Dtb18C6具有最高的萃取能力，并可与Cs+和Sr2+形成1∶1的络合物。此外

6、，在应用离子液基萃取处理裂变产物的过程中，传统冠醚DCH18C6虽然具有很强的萃取能力，但同时也存在着难于反萃的缺点。为此，Luo等[11]合成了一系列N烷基取代冠醚，并将它们用于Sr2+、K+、Na+、Cs+的离子液基萃取。实验发现，这一系列萃取剂可以通过调节pH值实现体系的有效反萃。与传统冠醚DCH18C6比较的结果表明，这类新配体的萃取率较高，并且离子液阳离子部分烷基链的变化会对体系的选择性带来明显的影响。该研究结果说明，在离子液基萃取中，可以通过优化离子液和配体（萃取剂）的种类来提高体系的萃取率和选择性。Stepin

7、ski等[12]在对DCH18C6[Cnmim][NTf2]体系萃取Sr2+的协同萃取实验发现：随着TBP的加入，体系会出现明显的协萃效应，即体系的萃取率和选择性都会明显提高；体系的协萃效应随离子液烷基链的增长而明显降低。当离子液为[C10mim][NTf2]时，TBP的加入对体系的影响很小。虽然协同萃取不能提高[C10mim][NTf2]等萃取能力较低体系的萃取效率，但是，离子液基萃取体系也存在协同萃取效应，为应用协同萃取效应设计离子液基萃取体系带来了新的希望。选择性是衡量萃取体系的重要标准，Chun等[13]在DC18C

8、6[Cnmim][PF6](n=4~9)体系萃取碱金属的研究中发现，体系的选择性为：K+>Rb+>Cs+>Na+>Li+，并且随着离子液烷基链的增长，体系的萃取率会逐渐降低，而K+/Rb+和K+/Cs+的选择性则逐渐增加，该体系的萃取率和选择性不随水相阴离子的变化而变化。   　　图1 在