吗啉羧酸离子液体及其萃取分离钐的方法技术

本发明专利技术提出了吗啉羧酸离子液体及其用于萃取分离稀土元素钐的方法，用以解决目前工业中钐与廉价金属钴的分离系数低，难以实现从废料中高效分离纯化钐钴、传统液体萃取剂的挥发性和难回收等技术问题，具体包括以下步骤：(1)合成的N

【技术实现步骤摘要】
吗啉羧酸离子液体及其萃取分离钐的方法


[0001]本专利技术属于稀土分离和离子液体萃取
，尤其涉及一种吗啉羧酸离子液体及其用于萃取分离稀土元素钐的方法。

技术介绍

[0002]稀土元素(REE)由于其独特的光学、电学和磁学性质，被广泛应用于激光、能源、催化、化学传感、航空航天等领域，被称为现代工业维生素。随着稀土功能材料的开发和应用，对高纯度稀土的需求显著增加。然而，由于稀土元素具有相似的物理和化学性质，其分离和纯化充满挑战。
[0003]钐作为一种重要的稀土元素，被广泛应用于钐钴永磁材料、有色金属材料、航空航天材料、汽车工业等领域中。其中钐钴永磁材料在现代工业中具有广泛的应用价值，其结合了高磁性和低温度系数的特点，与钕铁硼(NdFeB)相比，钐钴永磁体更适合在高温下工作。同时，钐钴永磁体由于其优异的热稳定性、抗氧化能力和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、国防军事、微波通信和医疗设备等领域。然而，据统计，近15％
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30％的钐钴原料在制造过程中被浪费。因此，废物回收是解决钐和钴供应风险问题的最有效手段之一。目前2
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乙基己基膦酸单2
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乙基己基酯(P507)和二(2
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乙基己基)膦酸酯(P204)等酸性膦类萃取剂已经成为轻稀土元素萃取的有效萃取剂，但液
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液萃取过程中chan工厂使用到挥发性有机稀释剂，并且反萃取过程存在萃取酸度高，反萃取不彻底的问题。因此，探索高效率，环境友好型的萃取分离工艺具有重要的意义。
>[0004]离子液体(ILs)由可调节的有机阳离子和无机或有机阴离子组成，是在绿色化学框架下开发的一种新型有机熔盐，在室温或接近室温时始终保持液态。离子液体(ILs)不仅具有很强的稳定性、良好的溶解性、不挥发性和可回收性，而且可以通过设计、修改和调整阳离子和阴离子的组合来改变物理化学性质，基于离子液体的稀土萃取分离已成为研究热点。例如IL101在从钐中去除钴方面表现出良好的分离性能，尽管高选择性和反萃取程度显示出良好的前景，但强酸性萃取条件和高萃取温度限制了应用范围。中国专利(公开号CN111057883A)公开了一种基于脂肪酸的离子液体萃取剂从钐钴模拟溶液中分离Sm(III)/Co(II)的方法，尽管分离系数高达1030，但仍然难以实现钐和钴的完全分离。
[0005]我们在此报告了一种吗啉羧酸离子液体萃取分离稀土元素钐的新方法。尽我们所知，未见与本申请相同的文献报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种分离回收稀土离子的方法，包括了如下步骤：(1)用甲基吗啉和末端卤代长链羧酸在适当条件下反应合成离子液体，所述吗啉羧酸的碳链长为3
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7个碳；(2)将吗啉羧酸类离子液体与含有稀土离子的水溶液进行萃取反应，得到含有稀土离子的有机相；(3)萃取后的有机相使用反萃取剂进行反萃取，得到稀土沉淀物。
[0007]所述的离子液体的结构式如下：
[0008][0009]其中根据碳链长度的不同，将三种吗啉羧酸类离子液体分别记为IL3、IL5、IL7。
[0010]所述的步骤(2)中，所述的水溶液的初始pH为1.3
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5，在萃取过程中，水溶液中的氢离子和稀土之间的竞争非常激烈，尤其是在强酸条件下，会抑制稀土的萃取，使其萃取能力显著降低，随后再增加pH值，对稀土离子的萃取率几乎保持恒定。
[0011]所述的步骤(3)中，吗啉羧酸离子液体使用氨水进行皂化，皂化率为5～45％，随着造化率的增加，稀土的萃取率逐渐增加，造化率为35％时，萃取率达到最高水平。
[0012]所述的步骤(3)中，萃取的平衡时间为1
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30min，随着平衡时间的增加，稀土的萃取率逐渐增加，平衡时间1min后，萃取率达到较高水平。
[0013]所述的步骤(3)中，吗啉羧酸离子液体的浓度为0.06
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0.2mol/L，随着离子液体浓度的增加，稀土元素的萃取率较高，当离子液体浓度为0.2mol/L时，稀土元素的萃取率到达最高。
[0014]所述的步骤(3)中，萃取温度范围为为12～40℃，随着温度的增加，稀土萃取量增加，但幅度较小。
[0015]所述的步骤(3)中，采用硝酸作为反萃取剂用于离子液体的反萃取和再生，再生后IL7的提取能力并未发生明显的变化。
[0016]所述的步骤(4)中，在萃取过程中，金属Co和Ni的萃取率在pH<5时萃取率几乎为0，金属Fe和Zn在pH<3时可被萃取。
[0017]上述的分离回收稀土离子的方法的应用，所述方法用于钐离子(III)和钴离子(II)的分离。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术设计合成的吗啉羧酸类离子液体，羧基官能团与钐的配位作用能显著提高其选择性，此外，萃取平衡在10min内便可达到，25℃的室温仍能保持高萃取率，操作简单。并且，本专利技术方法应用在SmCo磁体废料中，能够实现Sm(III)和Co(II)的有效分离。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，并不是对本专利是限制。
[0020]在具体实施方式过程中，本专利技术萃取和反萃取过程完成后，下层的萃余液中稀土浓度通过ICP法测定，离子液体相中的稀土离子浓度通过差减法获得。萃取率(E％)，分配比(D)，反萃取率(S％)和分离系数(β)分别通过下式计算：
[0021][0022][0023][0024][0025]其中[M]i
和[M]t
表示水相中稀土元素的初始和最终浓度，[M]aq
是稀土离子在反萃取酸中的平衡浓度，[M]ILs
是萃取相中负载稀土离子的初始浓度，D1和D2分别是稀土金属1和稀土金属2的分配比。
[0026]实施例1
[0027]离子液体IL3的制备
[0028]将0.1mol N
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甲基吗啉、0.1mol 4
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溴代丁酸乙酯和50mL乙腈添加到250mL烧瓶中，在80℃下反应24h。反应完成后，在真空中浓缩混合物，用乙醚纯化残渣，得到白色固体，然后在80℃用氢溴酸水解5h。随后＝在真空中浓缩溶剂，在乙醚中结晶后获得前体化合物。最后，将前体化合物溶解在50mL含0.086mol双(三氟甲基磺酰)酰胺锂水溶液，搅拌过夜得到最终产物。合成出的IL3与水自然分相，随后经过离心弃去上层水相，并使用去离子水洗涤多次直至LiBr被完全洗涤除去，使用浓度为5％的硝酸银溶液验证LiBr是否存在。产品在70℃下真空干燥12小时，最终获得无色液体IL3。
[0029]实施例2
[0030]离子液体IL5的制备
[0031]将0.1mol N
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甲基吗啉、0.1mol 6
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溴己酸和乙50mL腈添加到250mL烧瓶中，在80℃下反应24小时。随后，过滤所得固体并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.吗啉羧酸离子液体及其萃取分离钐的方法，其特征在于，(1)用甲基吗啉和末端卤代长链羧酸或酯在合适条件下反应合成吗啉羧酸离子液体；(2)将稀土硝酸化物加入到水溶液中配制硝酸原料液，采用硝酸调节pH；(3)将吗啉羧酸离子液体通过稀释剂稀释，并经皂化后与步骤(2)制备的硝酸稀土原料液混合，混合相比为1:1进行萃取，萃取完成的混合溶液经过离心后分相，得到负载稀土元素的离子液体相和萃余液；(4)采用反萃取剂对负载稀土的有机相进行反萃取，经离心得到纯净的稀土溶液和离子液体，反萃取再生后的吗啉离子液体进行循环利用；(5)将吗啉羧酸离子液体对廉价金...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆乐，梁夏瑜，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：