文 |史记新说
编辑 | 史记新说
镧系元素属于稀土系列。它们在许多高科技行业中至关重要，例如混合动力汽车，风力涡轮机，平板电视，移动电话和国防技术。
它们的性质在Lns系列中逐渐变化。它们的离子大小和配位数随着表面电荷密度的增加而减小。
在Lns系列中选择性分离镧系元素（III）具有挑战性。分离两个相邻的Ln（III），如铈（III）（Ce（III））和镧（III）（La（III））是本研究的一大挑战。
用于分离和纯化Lns（III）的众多技术，即协同溶剂萃取（SSX），提供了一种有竞争力的替代方案。
用两种萃取剂对Ln（III）离子进行SSX，由于其速度快、简单、提取效率和选择性的提高，是最有效的分离技术方法之一。一个例子是β-二酮与其他萃取剂一起用于Lns（III）分离。
Ln（III）-β-二酮配合物已用于各种应用。在镧系元素离子、有机和生物分子化合物的痕量分析、潜在指纹、化学传感器和挥发性络合物的可视化发光等中。
市场上有许多不同的β-二酮，相应的Lns（III）配合物的合成相对容易。β-二酮在Lns（III）之间表现出明显的阳离子选择性趋势。
协同萃取性和分离因子（SF）可归因于Ln（III）-β-二酮在有机相中与中性配体的加合物形成，并随着β-二酮-TOPO中Ln（III）原子序数的增加而降低。
此外，冈村等人发现，在 [C4mim][Tf2N]高于D2EHPA或PC-88A的异辛烷值。此外，Ln（III）的分离随用作萃取剂的β-二酮的酸度而变化。使用较高pKa的苯甲酰丙酮（Hba）的协同体系中Eu（III）和Lu（III）之间的SF明显大于其他β-二酮。
此外，通常需要使用辅助配体（例如TOPO）使镧系元素配位球中的其余位点饱和并排除水。因此，β-二酮已被用于各种协同组合以实现高Lns（III）。
离子液体（IL）因其低挥发性、低蒸气压、优异的化学稳定性、可调节的混溶性和极性等特性而被认为是溶剂萃取工艺的替代溶剂，使离子液体成为当前有机溶剂的有吸引力的替代品。
（挥发性有机化合物）. 一些研究使用ILs作为提取Ln（III）的溶剂。在研究中，高选择性协同作用在离子液体中去除β-二酮和TOPO中的镧系（III）离子。
通过在离子液体中形成带电加合物来协同镧系（III）离子的提取和分离效率。阳离子和阴离子交换机制特定于ILs提取系统，通常可以提高Ln（III）的提取能力和可分离性，并在VOCs中取得竞争优势Lns（III）分离的挑战目标是开发一种有效的工艺来改善分离并最大限度地减少环境污染。
所需溶剂应为非挥发性、不易燃性、低毒、高效率、高稳定性、低成本、弱酸、碱性。这些特性是提取Lns（III）的基础。近年来，离子液体作为一种绿色溶剂，受到广泛关注。它们在环保型Lns（III）分离方面显示出巨大的潜力。
这项工作旨在使用含有溶剂介质的有机相与β-二酮（HFAc或TFA）和TOPO进行协同萃取。使用的溶剂介质为离子液体或煤油，水相中含有Ce（III）和La（III）。
本研究的挑战是实现最佳的操作条件，以执行高SF的Ce（III）/La（III）配合物。将获得Lns配合物的提取百分比（%E）和分离因子（SF），并分析La（III）和Ce（III）配合物。此外，O/A比率将在第一个提取阶段进行研究和评估。
结果和讨论萃取剂和溶剂的选择对于镧系元素的成功提取和选择性至关重要。这种选择可以基于协同提取研究做出。有关于萃取剂及其在镧系元素回收中的应用的文献。萃取剂，如β-二酮和TOPO已被用于镧系元素的协同提取研究。
在本研究中，这些萃取剂尝试使用0.05 M β堤基音，含和不含0.05 M TOPO音。提取系统的效率以提取百分比（%E）和分离因子（SF）来衡量。
表2显示了使用不含TOPO的β-二酮（HFAc和TFA）提取镧和铈配合物时获得的实验结果。在没有TOPO的萃取中，金属 - 有机配合物的第一配位球中仍然存在的水分子量降低了IL和煤油中的萃取百分比。
表 2.用于溶剂萃取的La和Ce的百分比提取（相比= 1，T = 298ªK，搅拌速度= 40分钟）。
当使用β-二酮-TOPO时（表3），提取百分比具有显著的协同作用，因为TOPO置换水分子并产生疏水性更强的络合物，因此与有机相具有更大的亲和力。
在表2和表3中获得的结果中，观察到HFAc-TOPO系统中Ce（III）的%E高于La（III）的%E，在两个IL
表 3.用于溶剂萃取的La和Ce的提取百分比和Ce/La之间的分离因子（相比= 1，T = 298ªK，搅拌速度= 40分钟）。
在IL和煤油的TFA-TOPO系统中观察到相同的提取趋势。这种行为可以用Ce（0.103nm）的离子半径小于La（0.106nm）来解释。
由于阳离子和配体之间的静电相互作用应与阳离子半径的倒数成正比，因此离子配合物的稳定性有望通过三价镧到镥系列而增加，这可能导致提取百分比的增加随着离子半径的减小。这种增加通常仅在较轻的镧系元素中观察到。
因此，在我们的实验中获得的La（III）和Ce（III）配合物的提取百分比是正确的。使用离子液体提取La（III）和Ce（III）的一个重要方面是，与稀土相比，原子和离子半径要高得多，并且化学性质明显不同。
Lns（III）通过镧系收缩相关。这种类似大小的特性包括钇，它们具有密切的化学相似性，通常被归为Lns（III）。
然而，与Lns（III）的其余部分相比，其高尺寸使得它们很难通过与萃取剂形成络合物从液体溶液中提取。
选择β-二酮型萃取剂是因为它们与离子液体具有更大的亲和力，从而防止它们在水相中溶解，从而减少了β-二酮中可用于提取的阴离子数量。
此外，我们想知道β-二酮酸复合物的提取百分比和分离因子如何通过替换甲基（−CH3）的氟化基团（−CF3HFAc）。
表3中的结果表明，由于β-二酮的酸度差异，HFAc-TOPO体系中La和Ce的%E最高。氟化配体形成水合物的趋势很强，因为这些配体具有很高的路易斯酸度。
疏水性ILs的研究已被研究为在提取过程中替代VOC的新溶剂。IL可以在溶剂萃取中充当离子交换剂。IL萃取系统中金属离子的可分离性与使用有机溶剂的系统不同。
当比较使用TFA-TOPO的La（III）和Ce（III）配合物萃取系统与IL和煤油（表3）时，结果使我们能够得出以下结论;当使用IL作为溶剂时，可以获得La（III）和Ce（III）配合物的最佳%E。
这种趋势已在钼（IV）的提取中得到实验证明，表明使用疏水性更强的IL会增加提取。在HFAc-TOPO体系中，表3显示IL和煤油作为溶剂的La（III）和Ce（III）的%E含量较高，IL和煤油之间的La（III）和Ce（III）配合物%E略有不同。
关于SF，在HFAc-TOPO系统中，当使用煤油时，SF为1.45±0.01。当使用IL时，获得4.96±0.05的SF。
相比之下，使用TFA-TOPO系统时，使用煤油时，SF为3.54±0.42。当使用IL时，获得的SF为4.23±0.12。这些数字证实了以前的研究;使用IL会增加镧系元素的选择性。
值得一提的是，采矿业中使用的溶剂，如煤油，极性低，在化学反应中没有位置。因此，它们不参与金属提取过程，这与离子液体不同，离子液体已被广泛证明通过阴离子交换参与金属提取。
因此，溶剂的选择不仅对于协同增强非常重要，而且对于有效分离金属也非常重要。
β-二酮值在0.05 M-0.4 M之间变化，选择0.05 M TOPO进行进一步的优化实验。无法获得更高浓度的β-二酮和TOPO，因为不可能将它们溶解在混合物中。
La（III）和Ce（III）配合物的溶剂萃取研究了利用β-二酮（TFA或HFAc）和0.05 M TOPO在有机相协同提取La（III）和Ce（III）配合物的方法。
图1显示了由水溶液产生的[Bmim][TF2N]中（%E）La（III）和Ce（III）配合物的提取百分比。
图1（a）显示了TFA与0.05 M TOPO的混合物，图1（b）显示了HFAc与0.05 M TOPO的组合。如图1所示，Ce（III）配合物的提取百分比相对高于La（III）配合物。
当使用42.13 M TFA和77.48 M TOPO时，TFA-TOPO体系的最大提取率为0.4%，La和Ce配合物的最大提取率为0.05%。
当使用94.33 M HFAc和97.67 M TOPO时，HFAc-TOPO体系的最大提取率为0.2%，La和Ce配合物的最大提取率为0.05%。
关于TFA-TOPO系统中的SF（Ce/La）（图1（a）），最高SF为4.91±0.12，TFA为0.4 M TFA和0.05 M TOPO。在HFAc-TOPO系统中（图1（b）），最顶层的SF为4.96±0.05，分别为0.05 M HFAc和0.05 M TOPO。
HFAc-TOPO系统往往是高度抽取的，但不具有选择性。与氟化配体形成水合配合物的趋势，因为这些配体具有高路易斯酸度[6]。
图2显示了由水溶液产生的煤油中La（III）和Ce（III）配合物的%E。图2（a）显示了TFA与0.05 M TOPO的混合物，以及图2（b）的HFAc与0.05 M TOPO的组合。
如图2（a）所示，Ce配合物的%E高于La（III）配合物。图2（b），在所有情况下，La和Ce配合物的%E都高于90%。
当使用27.57 M TFA和63.70 M TOPO时，TFA-TOPO体系的最大%E分别为0.3%和0.05%。
当使用99.87 M HFAc和99.73 M TOPO时，HFAc-TOPO体系的最大%E分别为0.3%和0.05%。
关于TFA-TOPO系统中的SF（Ce/La）（图2（a）），最高SF为5.39±0.01，TFA为0.4 M TFA和0.05 M TOPO。在HFAc-TOPO系统中（图2（b）），最高SF为1.45±0.05，HFAc为0.01 M HFAc和0.05 M TOPO的峰值。
