【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于湿法冶金，具体涉及一种基于分子空间构型促进离子萃取的方法，更具有试剂一类独特立体构型的萃取剂分子的设计、制备及其在对金属离子萃取中的应用。
技术介绍
1、溶剂萃取是一种高效、可连续大规模生产的成熟湿法冶金技术，其核心在于萃取剂分子的设计与制备。围绕功能性萃取剂的开发，相关学者开展了大量研究工作。其中绝大部分是基于分子-金属配位热力学原理进行设计，如配位原子的适配性、配位原子与金属间的成键性、共轭性等。尽管迄今已公开报道的萃取剂有成百上千种之多，但其中真正起到有效萃取/分离作用的结构仅占很小部分。受困于分子设计理念的局限性，大量的研发投入并未获得与之匹配的技术革新。
2、相对于配位热力学性能优化，从分子空间构型角度出发，设计/改善功能配体并将其用于目标金属离子的萃取/分离研究却鲜有报道。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术人发现具有预组织结构的分子本质上具备空间立体结构(图1)。基于这种特殊的结构，从空间构型角度出发设计/制备有利于实现萃取的立体分子，将有机会在金属离子选择性萃取、分离方面展现出可观的潜力。
2、本专利技术的目的之一是提供一种具有预组织结构的顺式立体构型分子。相比于单体萃取剂分子或反式立体构型分子，顺势结构对金属离子的萃取能力显著提升。
3、本专利技术所提供的具有预组织结构的顺式立体构型分子，其结构式如式i所示：
4、
5、上述式i中，a表示预组织平台，可为c3-c14环烷基，具体可为环丙烷
6、式i中两条支链为所述环烷基相邻碳原子上的取代基；
7、x与y相同或不同，各自独立地选自：其中，d表示含配位原子(o、n、s、p)的c6-c14芳基、含配位原子(o、n、s、p)的联芳基、含配位原子(o、n、s、p)的c3-c8环烷基、醚(其中，m、n各自独立地为1-6的整数)、-c1-c6亚烷基中至少一种；
8、r1、r2相同或不同，各自独立地选自：c1-c10直链或支链烷基、c3-c8环烷基、取代或未取代的c6-c14芳基、或r1、r2和与之相连的n形成饱和或不饱和的五元、六元环，其中所述饱和或不饱和的五元、六元环可被配位原子(o、n、s、p)取代，或所述饱和或不饱和的五元、六元环碳原子上的h可被c6-c14芳基或c1-c6的直链或支链烷基取代；
9、r3、r4相同或不同，各自独立地选自：c1-c10直链或支链烷基、c3-c8环烷基、取代或未取代的c6-c14芳基、或r3、r4和与之相连的n形成含有或不含有配位原子(o、n、s、p)的饱和或不饱和的五元、六元环，所述饱和或不饱和的五元、六元环碳原子上的h可被c6-c14芳基或c1-c6的直链或支链烷基取代；
10、其中，所述含配位原子(o、n、s、p)的c6-c14芳基具体可为：呋喃基、吡啶基、含氮原子的萘、蒽、菲基；
11、所述c6-c14芳基具体可为：苯基；
12、所述含配位原子(o、n、s、p)的联芳基具体可为：联吡啶基；
13、取代的c6-c14芳基中的取代基可为：硝基、氰基、卤素、c1-c10直链或支链烷基、c1-c10烷氧基、卤素取代的c1-c6烷基中任一种。
14、上述式i所示具有预组织结构的顺式立体构型分子，具体可为如下化合物中的任一种：
15、
16、上述式i所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂也属于本专利技术的保护范围。
17、具体地，所述式i所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂用于湿法冶金领域。
18、所述应用中，所述金属离子包括：碱金属、碱土金属、贵金属、稀土金属和锕系金属离子等，具体可包括：cs、tc、sr、am、ru、nd、lu、u和pu。
19、本专利技术的目的之二是提供一种利用具有预组织结构的顺式立体构型分子萃取金属离子的方法。
20、本专利技术所提供的萃取金属离子的方法，包括如下步骤：
21、将所述具有预组织结构的顺式立体构型分子溶解于有机溶剂中得到有机相；将所述有机相直接与含特定金属离子的酸性水溶液混合，待两相平衡后，离心分相，实现金属离子的萃取。
22、上述方法中，所述有机溶剂包括环烷烃、脂肪醇、酮、芳香族化合物中任意一种或几种混合，具体可为正辛醇、十二烷、苯、甲苯、环己烷、环己酮、间硝基三氟甲苯中任意一种或几种的混合物；其中，几种有机溶剂混合的比例不做具体限定，一般任意比例都可以；
23、所述有机相中分子的浓度范围可为10-4-1mol/l；
24、所述酸性水溶液包括高氯酸水溶液、硝酸水溶液、硫酸水溶液、盐酸水溶液、磷酸水溶液等。
25、所述水溶液的酸度范围可为10-5-14mol/l。
26、所述特定金属离子包括：碱金属、碱土金属、贵金属、稀土金属和锕系金属离子等，具体可包括：cs、tc、sr、am、ru、nd、lu、u和pu。
27、所述水溶液中特定金属离子的浓度范围可为10-8-10-3mol/l；
28、上述两相混合的相比(体积比)可为1:10-10:1区间内的任意比例；
29、所述两相混合时长可为1-360min；
30、所述离心的条件为：3000-5000转/min，1-5min。
31、本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：
32、1)本专利技术所提供的萃取体系可在不改变分子本质结构的基础上，通过预组织构型的调整实现萃取效果质的飞跃。
33、2)本专利技术所提供的萃取体系可根据目标金属离子的不同，改变适配的单体萃取剂分子，具有广泛的普适性。
34、3)本专利技术所提供的萃取体系可覆盖广泛的酸度范围，大大增强了该方法在金属萃取分离领域的适用性，在湿法冶金领域展现出较好的应用前景。
35、4)本专利技术所涉及的设备、材料、试剂均可通过商业渠道获取，无需针对性定制、设计、制备，从根本上实现降本增效。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.具有预组织结构的顺式立体构型分子，其结构式如式I所示：
2.根据权利要求1所述的分子，其特征在于，所述含配位原子(O、N、S、P)的C6-C14芳基为：呋喃基、吡啶基、含氮原子的萘、蒽、菲基；
3.根据权利要求1或2所述的分子，其特征在于，所述分子为如下化合物中的任一种：
4.权利要求1-3中任一项所述的式I所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述式I所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂用于湿法冶金领域。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于，所述应用中，所述金属离子包括：碱金属、碱土金属、贵金属、稀土金属和锕系金属离子。
7.一种萃取金属离子的方法，包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括环烷烃、脂肪醇、酮、芳香族化合物中任意一种或几种混合；
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述酸性水溶液包括高氯酸水溶液、硝酸水溶液、硫酸水溶液、盐酸水溶
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述水溶液中特定金属离子的浓度范围可为10-8-10-3mol/L；
...【技术特征摘要】
1.具有预组织结构的顺式立体构型分子，其结构式如式i所示：
2.根据权利要求1所述的分子，其特征在于，所述含配位原子(o、n、s、p)的c6-c14芳基为：呋喃基、吡啶基、含氮原子的萘、蒽、菲基；
3.根据权利要求1或2所述的分子，其特征在于，所述分子为如下化合物中的任一种：
4.权利要求1-3中任一项所述的式i所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述式i所示具有预组织结构的顺式立体构型分子用作金属离子的萃取剂用于湿法冶金领域。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王志鹏，曹鸿，李斌，汤奇龙，张林，赵治锦，徐超，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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