本文關(guān)鍵詞：離子液體體系用于鹽湖鹵水中提取鋰的研究

  更多相關(guān)文章： 鋰 鹽湖鹵水 離子液體 響應(yīng)面法 密度泛函

【摘要】：溶劑萃取法是適用于高鎂鋰比鹽湖鹵水提鋰的一種工藝方法。傳統(tǒng)的萃取體系主要存在有機(jī)溶劑揮發(fā)污染、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、易出現(xiàn)乳化等問題。離子液體作為一種新型綠色溶劑,具有高的熱穩(wěn)定性、不可燃性、幾乎不揮發(fā)等優(yōu)點(diǎn),使其有潛力替代揮發(fā)性有機(jī)溶劑而用于分離過程。本論文研究了幾種離子液體體系對高鎂鋰比鹽湖鹵水中的鋰的分離效果�？疾炝怂嗨岫�、離子液體濃度、萃取劑濃度、相比等因素對水相中鋰的萃取率和分配比的影響。通過斜率法得到了負(fù)載有機(jī)相中鋰萃合物的萃合比;利用紫外光譜、紅外光譜等手段表征了萃取前后萃取劑、離子液體官能團(tuán)的變化情況;根據(jù)密度泛函理論,采用Gaussian 09程序包,在B3LYP/6-31G(d,p)理論水平下,對幾種離子液體進(jìn)行了理論計(jì)算,得到了結(jié)合能、化學(xué)鍵鍵長、局部電離能等性質(zhì)參數(shù),進(jìn)一步從微觀層面解釋了離子液體體系萃取鋰的機(jī)理。主要結(jié)論如下:1.對于[C_nmim][PF_6]-TBP-C_2H_4Cl_2(n=4,6,8)萃取體系,通過單因素變量法確定最佳的萃取工藝條件為:TBP體積濃度為80%,離子液體和C_2H_4Cl_2分別為10%;相比O/A為2:1;萃取溫度為20oC,在此條件下得到Li~+的最高單級萃取率為86.48%。紫外光譜和紅外光譜研究表明,[C_nmim][PF_6]-TBP-C_2H_4Cl_2(n=4,6,8)萃取體系中發(fā)生了陽離子交換過程,萃取劑TBP分子中的P=O官能團(tuán)和Li~+形成了配位鍵。斜率法研究就表明,所形成的萃合物僅包含一分子的TBP。通過溫度實(shí)驗(yàn),得到了體系的熱力學(xué)函數(shù),該離子液體體系對Li~+的萃取是自發(fā)的放熱反應(yīng)(ΔHo0,ΔGo0)。2.相對于[C_nmim][PF_6],離子液體[C_nmim][NTf_2](n=4,6,8)的粘度較低,同時(shí)在水中的溶解度也較小。萃取體系10%[C_4mim][NTf_2]-80%TBP-10%C_2H_4Cl_2在O/A為2:1的條件下,對Li~+的單級萃取率達(dá)到90.73%,經(jīng)過三級逆流萃取平衡,Li~+的萃取率為99.15%,同時(shí)測得鋰鎂的分離系數(shù)(β=DLi/DMg)高達(dá)921.33,鋰鎂得到很好的分離。利用水相中離子液體陽離子在λmax=211 nm的紫外吸收,可以發(fā)現(xiàn)離子液體體系可能以陽離子交換的方式實(shí)現(xiàn)鋰的萃取。斜率法研究發(fā)現(xiàn),Li~+和TBP的萃合比為1:1,即形成萃合陽離子為[Li·TBP]+。熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明,溫度升高,Li~+的萃取率降低,離子液體體系對Li~+的萃取是自發(fā)的放熱反應(yīng),低溫對萃取有利。3.采用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對[C_4mim][NTf_2]-TBP-C_2H_4Cl_2體系萃取鹵水中Li~+的過程進(jìn)行了優(yōu)化。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取TBP體積濃度、離子液體體積濃度和相比為自變量,以Li~+的萃取率為響應(yīng)值,建立了萃取率與上述因素之間的二次多項(xiàng)式模型。最優(yōu)操作條件為:離子液體的體積濃度為11.46%;TBP的體積濃度為85%;萃取相比為2.77,測得Li~+的實(shí)際萃取率為95.61%,與模型的預(yù)測萃取率97.81%無顯著性差異,相對誤差為2.24%,因此所得到的RSM模型合理可靠,能較好預(yù)測Li~+的萃取率。4.合成了兩種功能性離子液體[N4444][DEHP]和[N8888][DEHP],并用核磁波譜進(jìn)行了表征。這兩種離子液體本身對Li~+都呈現(xiàn)了較高的萃取率,其中[N4444][DEHP]體系對Li~+的萃取效果相對更好。通過斜率法求得萃取體系的萃合比為1,即Li~+與功能性離子液體分子以1:1的比例形成萃合物。紅外光譜表明,離子液體陰離子[DEHP]-上的官能團(tuán)P=O和水相中的Li~+發(fā)生了相互作用,形成了P=O→Li鍵,該體系的萃取機(jī)理為中性復(fù)合機(jī)理。熱力學(xué)研究表明,這兩種功能性離子液體體系對Li~+的萃取都是自發(fā)的放熱反應(yīng)。5.利用Gaussian 09程序包,在B3LYP/6-31G(d,p)理論水平下,對三種離子液體[C_4mim][PF_6]、[C_4mim][NTf_2]和[N4444][DEHP]的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了離子液體陰陽離子相互作用的結(jié)合能、鍵長、局部離子化能以及電子密度差圖等性質(zhì)參數(shù)。所有的計(jì)算結(jié)果表明,在離子液體[N4444][DEHP]中,陰離子[DEHP]-上的O原子和Li~+有較強(qiáng)的靜電相互作用,因而有較高的萃取率;而離子液體[C_4mim][PF_6]和[C_4mim][NTf_2]本身不能和Li~+發(fā)生萃取反應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TS396.5

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 杜德芝;鹽湖鹵水中鋰含量的測定[J];成都師專學(xué)報(bào);1995年02期

2 姚燕,宋彭生,王瑞陵,龍光明;合成鹽湖鹵水體系Li-Na-K-Mg-Cl-SO_4-H_2O25℃下的等壓研究和離子相互作用模型的應(yīng)用[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2002年11期

3 王玉萍,趙曉霞;鹽湖鹵水直接生產(chǎn)硫酸鎂的研究[J];無機(jī)鹽工業(yè);2003年02期

4 竇勝利;鹽湖鹵水蒸發(fā)灘曬過程中的漂浮層現(xiàn)象分析[J];化工礦物與加工;2004年06期

5 陸園,黃梓平;離子選擇電極法測定鹽湖鹵水中的鈉含量[J];青海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年04期

6 關(guān)曉燕,任金潤,葉天緯;大柴旦鹽湖鹵水的現(xiàn)場擴(kuò)大蒸發(fā)試驗(yàn)初探[J];吉林地質(zhì);2005年02期

7 楊兆娟,向蘭;從鹽湖鹵水中提鋰的研究進(jìn)展[J];海湖鹽與化工;2005年06期

8 冉敬文,杜秀月,李雯,李華玲,朱朝梁;鹽湖鹵水化學(xué)需氧量的測定方法探討[J];海湖鹽與化工;2005年01期

9 張金才,王敏;鹽湖鹵水提硼方法的研究概述[J];化工礦物與加工;2005年05期

10 程芳琴;張亞寧;�；勖�;董川;;紫外分光光度法測定鹽湖鹵水中鈣鎂離子含量[J];無機(jī)鹽工業(yè);2006年04期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚燕;宋彭生;曾德文;;鹽湖鹵水體系熱力學(xué)性質(zhì)的研究[A];中國化學(xué)會(huì)成立80周年第十六屆全國化學(xué)熱力學(xué)和熱分析學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2012年

2 陳永志;李松筠;李興;;“■”型毛細(xì)管進(jìn)樣器火焰原子吸收測定鹽湖鹵水、海水、鹽樣中的鋰、銣、鉀[A];中國地質(zhì)科學(xué)院礦床地質(zhì)研究所文集（20）[C];1987年

3 張子興;杜祥貞;程芳琴;;鹽湖鹵水CODcr的分析方法[A];中國化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（下冊）[C];2006年

4 童陽春;周源;;現(xiàn)代鹽湖鹵水礦床開采新技術(shù)[A];第八屆全國采礦學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

5 白妮;朱彬元;金云學(xué);陳春鈺;徐玉松;王淑艷;朱國才;何向明;;碳酸鹽型鹽湖鹵水中提鉀制備硫酸鉀的方法探討[A];第十七屆（2013年）全國冶金反應(yīng)工程學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊）[C];2013年

6 楊天林;;P_b(Ⅱ)/(Na,H)NO_3/HEHEHP-Octane兩相萃取體系研究[A];面向21世紀(jì)的科技進(jìn)步與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展（上冊）[C];1999年

7 宋鳳麗;李金英;林燦生;周常新;李輝波;蘇哲;王孝榮;;TBP萃取體系輻解產(chǎn)物的定性分析[A];中國原子能科學(xué)研究院年報(bào) 2009[C];2010年

8 宋鳳麗;李金英;周常新;李輝波;蘇哲;王孝榮;;TBP萃取體系的輻解產(chǎn)物定量分析[A];中國原子能科學(xué)研究院年報(bào) 2009[C];2010年

9 宋鳳麗;李金英;林燦生;蘇哲;李輝波;王孝榮;;輻照TBP萃取體系對釕的保留行為研究[A];中國原子能科學(xué)研究院年報(bào) 2009[C];2010年

10 陳浙寧;傅鋼;何旭敏;徐昕;;金屬苯穩(wěn)定性的理論研究[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第06分會(huì)場摘要集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 ;團(tuán)結(jié)奮進(jìn)抓好三大重要工作[N];錫林郭勒日報(bào);2006年

2 張孺海 李海濤 謝嵐;篤信治學(xué)寬和治校[N];湖北日報(bào);2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 石成龍;離子液體體系用于鹽湖鹵水中提取鋰的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所);2017年

2 溫現(xiàn)明;荷電膜在鹽湖鹵水中的傳遞性質(zhì)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（青海鹽湖研究所）;2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 畢思峰;一里坪鹽湖鹵水的自然及冷凍蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)[D];青海大學(xué);2016年

2 楊林;磁性金屬離子印跡復(fù)合材料的制備及其在鹽湖鹵水中的應(yīng)用[D];青海大學(xué);2017年

3 張世春;1、堿金屬/堿土金屬離子電吸附行為和機(jī)理研究 2、氯化物型和硫酸鹽型鹽湖鹵水物性參數(shù)變化規(guī)律研究[D];青海大學(xué);2017年

4 葉帆;鹽湖鹵水萃取提鋰及其機(jī)理研究[D];華東理工大學(xué);2011年

5 王小敏;鹽湖鹵水中提取鋰離子的研究[D];福建師范大學(xué);2008年

6 韓井偉;從提鋰后鹽湖鹵水中萃取提硼的新工藝研究[D];中國科學(xué)院研究生院（青海鹽湖研究所）;2007年

7 宋賢菊;離子液體用于鹽湖鹵水中鋰和硼提取的研究[D];江南大學(xué);2012年

8 李美鮮;西藏龍木錯(cuò)鹽湖鹵水鋰硼提取工藝研究[D];江西理工大學(xué);2012年

9 何天明;鹽湖鹵水吸附法提硼工藝研究[D];中南大學(xué);2010年

10 王相文;鹽湖鹵水COD的測定及脫色方法研究[D];中國科學(xué)院研究生院（青海鹽湖研究所）;2007年

，

本文編號(hào)：1296887