CN104451158B - 一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酸性条件下杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，属于高放废液处理技术领域。所述方法为：将杯[4]吡咯溶于有机溶剂中，得到杯[4]吡咯溶液，将钕与酸溶液混合，得到含钕的水相溶液，将等体积的杯[4]吡咯溶液和含钕的水相溶液混合，在恒温水浴震荡器中震荡，水浴温度为15～35℃，震荡完成后静置分层，取有机相，即得到含钕的溶液。所述方法在酸性条件下对钕的萃取率较高，萃取得到的钕纯度较高，且方法简单易行。

Description

一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法
技术领域
本发明涉及一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，属于稀土分离纯化领域以及乏燃料之高放废液处理技术领域。
背景技术
2012年发布的《中国的稀土状况与政策》白皮书显示，我国稀土储量约占世界总储量的23％。发展钕等稀土元素的高效分离纯化技术是使稀土产业得到健康发展与产业升级的重要技术问题。同时，中国核电产业面临前所未有的发展机遇，充分利用核能资源，完善核燃料循环技术以及核废物的安全处置，是核能可持续发展的基本要求，从高放废液中去除镧系、锕系元素是核燃料后处理面临的一个重要课题。但到目前为止，无论是元素分离工艺，还是元素转变的工艺都还存在一些问题。针对高放废液的特点、分离镧系锕系元素的难点以及钕的性质，研究乏燃料后处理流程对钕进行分离是十分迫切的任务。目前所采用的方法主要包括沉淀法、离子交换法、色层分离法、膜分离法和溶剂萃取法等。
离子交换法在强酸性条件下，离子交换性能和耐酸性都不好；溶剂萃取法具有操作简便、易于连续化操作等一系列优点，但冠醚类萃取剂在酸性条件下不稳定，对钕的萃取效果不好。杯[4]吡咯作为一类新型分子受体，在分子识别、分子自组装以及超分子催化等方面具有的潜在研究和应用价值，且对识别钕有较好的优越性，可以对钕进行高效萃取。
发明内容
针对现有的离子交换法和溶剂萃取法在酸性条件下不稳定和萃取效果不好的问题，本发明的目的在于提供一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，所述方法在酸性条件下对钕的萃取率较高，萃取得到的钕纯度较高，且方法简单易行。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，所述方法为：
将杯[4]吡咯溶于有机溶剂中，得到杯[4]吡咯溶液，将钕与酸溶液混合，得到含钕的水相溶液，将等体积的杯[4]吡咯溶液和含钕的水相溶液混合，在恒温水浴震荡器中震荡，水浴温度为15～35℃，震荡完成后静置分层，取有机相，即得到含钕的溶液；
其中，所述杯[4]吡咯的结构式如下：
其中，R1、R2分别独立为氢、C1～C18的烷烃、CH2CO2Et、CH2COOR3中的一种，Et为乙基；所述R3为甲基、乙基或异丙基；R1、R2均优选为甲基；
所述有机溶剂优选为三氯甲烷、二氯甲烷和乙酸乙酯中的任意一种或几种；
所述酸溶液优选为盐酸、硫酸和硝酸中的任意一种或几种，更优选为硝酸。酸溶液浓度为0.1～6mol/L，优选为5mol/L～6mol/L。
杯[4]吡咯溶液浓度为1×10-3mol/L～5×10-3mol/L，
所述含钕的水相溶液中，钕的浓度为1×10-4mol/L；
震荡时间为30min～24h。
有益效果
本发明所述方法采用的杯[4]吡咯试剂在酸性条件下对钕具有很强的萃取能力，分离的钕具有较高的纯度，是一种优良的钕萃取分离试剂。经检测，在酸性条件下，本发明提供的萃取分离钕的方法，其萃取率范围达到31％～92％，分离得到的钕纯度达到99.99％以上。所述方法中萃取剂和钕的酸性溶液混合后，震荡24h仍能保持较高的萃取率，说明该方法稳定性好，且方法步骤简单，容易操作。
具体实施方式
下面结合具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1～7
将1×10-4mol杯[4]吡咯(结构式如式(I-a)所示)溶于100mL三氯甲烷中，配制成浓度为1×10-3mol/L的杯[4]吡咯溶液；分别将1×10-5mol钕置于7个100mL容量瓶中，然后分别用浓度为0.1mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L的硝酸定容到刻度，即得到含钕的水相溶液，其中，含钕的水相溶液中钕离子浓度为1×10-4mol/L。取30mL的杯[4]吡咯溶液和30mL含钕的水相溶液于锥形瓶中混合，将锥形瓶封盖后，置于25℃恒温水浴震荡箱中震荡2h，静置分层，有机相为含钕的溶液；检测水相钕离子浓度，实验配制的含钕的水相溶液中钕离子浓度减掉萃取后水相中钕离子浓度后得到的浓度即为萃取后有机相中钕离子浓度，进而求得萃取率。经计算，硝酸浓度为0.1至6mol/L时，钕的萃取率分别为31.86％、46.35％、52.68％、58.67％、65.77％、68.52％、67.34％，分离得到的钕纯度均在99.991％以上。由上述数据可知，本发明提供的杯[4]吡咯可以作为钕萃取分离材料，且萃取效率较高，萃取得到的钕纯度较高。
实施例8～10
将5×10-4mol杯[4]吡咯(结构式如式(I-a)所示)溶于100mL三氯甲烷中，配制成浓度为5×10-3mol/L的杯[4]吡咯溶液；分别将1×10-5mol钕置于3个100mL容量瓶中，然后分别用浓度为4mol/L、5mol/L、6mol/L的硝酸定容到刻度，即得到含钕的水相溶液，其中，含钕的水相溶液中钕离子浓度为1×10-4mol/L。取20mL杯[4]吡咯溶液和20mL含钕的水相溶液于锥形瓶中混合，将锥形瓶封盖后，置于15℃恒温水浴震荡箱中震荡24h，静置分层，有机相为含钕的溶液；检测水相钕离子浓度，实验配制的含钕的水相溶液中钕离子浓度减掉萃取后水相中钕离子浓度后得到的浓度即为萃取后有机相中钕离子浓度，进而求得萃取率。经计算，硝酸浓度为4mol/L、5mol/L、6mol/L时，钕的萃取率分别为82.66％、89.35％、91.09％，分离得到的钕纯度均为99.993％。由上述数据可知，本发明提供的杯[4]吡咯是优良的钕萃取分离材料，且萃取效率较高，萃取得到的钕纯度较高。
实施例11
将4×10-4mol杯[4]吡咯(结构式如式(I-b)所示)溶于100mL二氯甲烷中，配制成浓度为4×10-3mol/L的杯[4]吡咯溶液；将1×10-5mol钕置于100mL容量瓶中，用浓度为5mol/L的硝酸定容到刻度，即得到含钕的水相溶液，其中，含钕的水相溶液中钕离子浓度为1×10- 4mol/L。取30mL杯[4]吡咯溶液和30mL含钕的水相溶液于锥形瓶中混合，将锥形瓶封盖后，置于35℃恒温水浴震荡箱中震荡30min，静置分层，有机相为含钕的溶液；检测水相钕离子浓度，实验配制的含钕的水相溶液中钕离子浓度减掉萃取后水相中钕离子浓度后得到的浓度即为萃取后有机相中钕离子浓度，进而求得萃取率。经计算，钕的萃取率为80.85％，分离得到的钕纯度为99.991％。由上述数据可知，本发明提供的杯[4]吡咯是优良的钕萃取分离材料，且萃取效率较高，萃取得到的钕纯度较高。
实施例12
将3×10-4mol杯[4]吡咯(结构式如式(I-c)所示)溶于100mL乙酸乙酯中，配制成浓度为3×10-3mol/L的杯[4]吡咯溶液；将1×10-5mol钕置于100mL容量瓶中，用浓度为6mol/L的硝酸定容到刻度，即得到含钕的水相溶液，其中，含钕的水相溶液中钕离子浓度为1×10- 4mol/L。取25mL杯[4]吡咯溶液和25mL含钕的水相溶液于锥形瓶中混合，将锥形瓶封盖后，置于25℃恒温水浴震荡箱中震荡15h，静置分层，有机相为含钕的溶液；检测水相钕离子浓度，实验配制的含钕的水相溶液中钕离子浓度减掉萃取后水相中钕离子浓度后得到的浓度即为萃取后有机相中钕离子浓度，进而求得萃取率。经计算，钕的萃取率为85.68％，分离得到的钕纯度为99.992％。由上述数据可知，本发明提供的杯[4]吡咯是优良的钕萃取分离材料，且萃取效率较高，萃取得到的钕纯度较高。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，所述方法为：
将杯[4]吡咯溶于有机溶剂中，得到杯[4]吡咯溶液；将钕与酸溶液混合，得到含钕的水相溶液，将等体积的杯[4]吡咯溶液和含钕的水相溶液混合，在恒温水浴震荡器中震荡，水浴温度为15～35℃，震荡完成后静置分层，取有机相，即得到含钕的溶液；
其中，所述杯[4]吡咯的结构式如下：
式中，R1、R2分别独立为氢、C1～C18的烷烃、CH2CO2Et、CH2COOR3中的一种，Et为乙基；所述R3为甲基、乙基或异丙基；
所述酸溶液为盐酸、硫酸和硝酸中的任意一种或几种；酸溶液浓度为0.1～6mol/L；
所述杯[4]吡咯溶液的浓度为1×10-3mol/L～5×10-3mol/L，
所述含钕的水相溶液中，钕的浓度为1×10-4mol/L。
2.根据权利要求1所述的一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，R1、R2均为甲基。
3.根据权利要求1所述的一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，所述有机溶剂优选为三氯甲烷、二氯甲烷和乙酸乙酯中的任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，所述酸溶液为硝酸。
5.根据权利要求1所述的一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，所述酸溶液浓度为5mol/L～6mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种杯[4]吡咯萃取分离钕的方法，其特征在于，所述震荡时间为30min～24h。
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