Экстракция редкоземельных элементов глубоким эвтектическим растворителем ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гидрофобный глубокий эвтектический растворитель на основе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты и фенола был предложен в качестве экстрагента для выделения ряда ионов редкоземельных элементов из нитратных растворов. Получены экспериментальные данные межфазного распределения ионов Pr, Nd, Tb, Dy, Yb в системе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол при варьировании ключевых условий проведения процесса: кислотности среды, концентрации высаливателя, соотношения компонентов в эвтектическом растворителе, концентрации металлов и др. В ходе исследования установлены механизм экстракции катионов редкоземельных металлов предложенным эвтектическим растворителем и состав экстрагируемых соединений методом угла наклона. Проведено исследование реэкстракции ионов металлов из органической фазы растворами минеральных кислот и оценена возможность многократного использования предложенного эвтектического растворителя в химико-технологических процессах. Полученные результаты указывают на перспективность применения глубокого эвтектического растворителя ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол для извлечения катионов редкоземельных металлов в процессах переработки отходов магнитных материалов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. В. Зиновьева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: yz@igic.ras.ru
Россия, Москва

Т. Ю. Чикинёва

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: yz@igic.ras.ru
Россия, Москва

С. А. Яковлева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: yz@igic.ras.ru
Россия, Москва; Москва

Ю. А. Заходяева

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yz@igic.ras.ru
Россия, Москва

А. А. Вошкин

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН

Email: yz@igic.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Chundawat N.S., Jadoun S., Zarrintaj P., Chauhan N.P.S. Lanthanide Complexes as Anticancer Agents: A Review // Polyhedron. 2021. № 207. Р. 115387. doi: 10.1016/J.POLY.2021.115387.
  2. Ramalho J.F.C.B., Carneiro Neto A.N., Carlos L.D., André P.S., Ferreira R.A.S. Lanthanides for the New Generation of Optical Sensing and Internet of Things. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. 2022. № 61. Р. 31. doi: 10.1016/BS.HPCRE.2021.12.001.
  3. Dushyantha N., Batapola N., Ilankoon I.M.S.K., Rohitha S., Premasiri R., Abeysinghe B., Ratnayake N., Dissanayake K. The Story of Rare Earth Elements (REEs): Occurrences, Global Distribution, Genesis, Geology, Mineralogy and Global Production // Ore Geol. Rev. 2020. № 122. Р. 103521. doi: 10.1016/J.OREGEOREV.2020.103521.
  4. Kang J., Kang A.M. Trend of the Research on Rare Earth Elements in Environmental Science // Environmental Science and Pollution Research 2020. № 27. Р. 14318. doi: 10.1007/S11356-020-08138-Z/FIGURES/2.
  5. Verified Market Reports. Аналитика Рынка Магнитов NdFeB; 2024.
  6. Binnemans K., Jones P.T., Blanpain B., Van Gerven T., Yang Y., Walton A., Buchert M. Recycling of Rare Earths: A Critical Review // J. Clean Prod. 2013. 51. Р. 1. doi: 10.1016/J.JCLEPRO.2012.12.037.
  7. Kumari A., Sahu S.K. A Comprehensive Review on Recycling of Critical Raw Materials from Spent Neodymium Iron Boron (NdFeB) Magnet // Sep. Purif. Technol. 2023. № 317. Р. 123527. doi: 10.1016/J.SEPPUR.2023.123527.
  8. Darcy J.W., Dhammika Bandara H.M., Mishra B., Blanplain B., Apelian D., Emmert M.H. Challenges in Recycling End-of-Life Rare Earth Magnets // JOM. 2013. 65. doi: 10.1007/s11837-013-0783-0.
  9. Cui J., Zhang L. Metallurgical Recovery of Metals from Electronic Waste: A Review // J. Hazard Mater. 2008. № 158. Р. 228. doi: 10.1016/J.JHAZMAT.2008.02.001.
  10. Binnemans K., Jones P.T. Solvometallurgy: An Emerging Branch of Extractive Metallurgy // Journal of Sustainable Metallurgy. 2017. № 3. Р. 570. doi: 10.1007/S40831-017-0128-2.
  11. Gupta G.K., Krishnamurthy N. Extractive Metallurgy of Rare Earths. // International Materials Reviews. 1992. № 37. Р. 197. doi: 10.1179/IMR.1992.37.1.197.
  12. Thakur N. V. Separation of Dysprosium and Yttrium from Yttrium Concentrate Using Alkylphosphoric Acid (dehpa) and Alkylphosphonic Acid (ehehpa - pc 88a) as Extractants // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2000. № 18. Р. 853. doi: 10.1080/07366290008934711.
  13. Guidugli L.F., Reza, T. Extraction of Rare Earth Elements from Water by Trioctylphosphine Oxide-Based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents // Ind. Eng. Chem. Res. 2024. № 63. Р. 12582. doi: 10.1021/ACS.IECR.4C00597/SUPPL_FILE/IE4C00597_SI_001.PDF.
  14. Pires C.M.G., Ribeiro A.B., Mateus E.P., Ponte, H.A., Ponte M.J.J.S. Extraction of Rare Earth Elements via Electric Field Assisted Mining Applying Deep Eutectic Solvents // Sustain Chem. Pharm. 2022. № 26. Р. 100638. doi: 10.1016/J.SCP.2022.100638.
  15. Shakiba G., Saneie, R., Abdollahi H., Ebrahimi E., Rezaei A, Mohammadkhani M. Application of Deep Eutectic Solvents (DESs) as a Green Lixiviant for Extraction of Rare Earth Elements from Caustic-Treated Monazite Concentrate // J. Environ. Chem. Eng. 2023. № 11. Р. 110777. doi: 10.1016/J.JECE.2023.110777.
  16. Zinov’eva I.V., Kozhevnikova A.V., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Extraction of Cu(II), Ni(II), and Al(III) with the Deep Eutectic Solvent D2EHPA/Menthol // Theor. Found. of Chem. Eng. 2022. № 56. Р. 221. doi: 10.1134/S0040579522020178.
  17. Abbott A.P., Capper G., Davies D.L., Rasheed R.K., Tambyrajah V. Novel Solvent Properties of Choline Chloride/Urea Mixtures // Chemical Communications. 2003. Р. 70. doi: 10.1039/B210714G.
  18. Zhang J., Gao X.P., Li Y.Q. Efficient Wavelet Networks for Function Learning Based on Adaptive Wavelet Neuron Selection // IET Signal Processing. 2012. № 6. Р. 79. doi: 10.1049/IET-SPR.2010.0186/CITE/REFWORKS.
  19. Zhang Q., Li Q., Liu D., Zhang X., Lang X. Density, Dynamic Viscosity, Electrical Conductivity, Electrochemical Potential Window, and Excess Properties of Ionic Liquid N-Butyl-Pyridinium Dicyanamide and Binary System with Propylene Carbonate // J. Mol. Liq. 2018. № 249. Р.1097. doi: 10.1016/J.MOLLIQ.2017.11.153.
  20. Smith E.L., Abbott A.P., RyderK.S. Deep Eutectic Solvents (DESs) and Their Applications // Chem. Rev. 2014. № 114. Р. 11060. doi: 10.1021/CR300162P/ASSET/IMAGES/LARGE/CR-2012-00162P_0004.JPEG.
  21. Favero U.G., Schaeffer N., Passos H., Cruz K.A.M.L., AnaniasD., Dourdain S., Hespanhol M.C. Solvent Extraction in Non-Ideal Eutectic Solvents – Application towards Lanthanide Separation // Sep. Purif. Technol. 2023. № 314. Р. 123592. doi: 10.1016/J.SEPPUR.2023.123592.
  22. Cruz K.A.M.L., Rocha F.R.P., Hespanhol M.C. Greener Route for Recovery of High-Purity Lanthanides from the Waste of Nickel Metal Hydride Battery Using a Hydrophobic Deep Eutectic Solvent // ACS Sustain. Chem. Eng. 2024. № 12. Р. 6169. doi: 10.1021/ACSSUSCHEMENG.3C07784/SUPPL_FILE/SC3C07784_SI_001.PDF.
  23. Ni S., Gao Y., Yu G., Zhang S., Zeng Z., Sun X. Tailored Ternary Hydrophobic Deep Eutectic Solvents for Synergistic Separation of Yttrium from Heavy Rare Earth Elements // Green Chemistry. 2022. № 24. Р. 7148. doi: 10.1039/D2GC02566C.
  24. Devi M., Moral R., Thakuria S., Mitra A., Paul S. Hydrophobic Deep Eutectic Solvents as Greener Substitutes for Conventional Extraction Media: Examples and Techniques // ACS Omega. 2023. № 8. Р. 9702. doi: 10.1021/acsomega.2c07684.
  25. Kivelä H., Salomäki M., Vainikka P., Mäkilä E., Poletti F., Ruggeri S., Terzi F., Lukkari J. Effect of Water on a Hydrophobic Deep Eutectic Solvent. //J Phys. Chem. B 2022. № 126. Р. 513. doi: 10.1021/acs.jpcb.1c08170.
  26. Milevskii N.A., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Separation of Li(I), Co(II), Ni(II), Mn(II), and Fe(III) from Hydrochloric Acid Solution Using a Menthol-Based Hydrophobic Deep Eutectic Solvent. // Hydrometallurgy. 2022. № 207. Р. 105777, doi: 10.1016/j.hydromet.2021.105777.
  27. Tait B.K. Cobalt-Nickel Separation: The Extraction of Cobalt(II) and Nickel(II) by Cyanex 301, Cyanex 302 and Cyanex 272 // Hydrometallurgy. 1993. № 32. Р. 365. doi: 10.1016/0304-386X(93)90047-H.
  28. Kozhevnikova A. V., Zinov’eva I. V., Zakhodyaeva Y.A., Baranovskaya, V.B., Voshkin A.A. Application of Hydrophobic Deep Eutectic Solvents in Extraction of Metals from Real Solutions Obtained by Leaching Cathodes from End-of-Life Li-Ion Batteries // Processes. 2022. Vol. 10. P. 2671. doi: 10.3390/PR10122671.
  29. Swain B., Otu E.O. Competitive Extraction of Lanthanides by Solvent Extraction Using Cyanex 272: Analysis, Classification and Mechanism // Sep. Purif. Technol. 2011. № 83. Р. 82. doi: 10.1016/J.SEPPUR.2011.09.015.
  30. Гиндин Л.М. Экстракционные процессы и их применение / Под ред. Яковлева И.И. М: Наука, 1984.
  31. Swain B., Otu E.O. Competitive Extraction of Lanthanides by Solvent Extraction Using Cyanex 272: Analysis, Classification and Mechanism // Sep. Purif.Technol. 2011. № 83. Р. 82. doi: 10.1016/j.seppur.2011.09.015.
  32. Varbanova E.K., Angelov P.A., Stefanova V.M. Study of 3-Ethylamino-but-2-Enoic Acid Phenylamide as a New Ligand for Preconcentration of Lanthanides from Aqueous Media by Liquid-Liquid Extraction Prior to ICP-MS Analysis// Talanta. 2016. № 160. Р.389. doi: 10.1016/j.talanta.2016.07.061.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость коэффициента распределения (а) и степени извлечения (б) ионов металлов от исходного значения pH водной фазы. [Me]исх = 0.01 моль/л, О/В = 1.

Скачать (47KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость коэффициента распределения ионов металлов от равновесного значения pH водной фазы. [Me]исх = 0.01 моль/л, О/В = 1.

Скачать (21KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость степени извлечения ионов металлов в системе с ДТМПФК/фенол от концентрации нитрата натрия. [Me]исх = 0.01 моль/л, О/В = 1.

Скачать (24KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изотерма экстракции ионов металлов в системе с ДТМПФК/фенол. О/В=1.

Скачать (27KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость степени извлечения ионов металлов от состава HDES ДТМПФК/фенол. [Me]исх = 0.01 моль/л, О/В = 1.

Скачать (30KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость степени извлечения ионов металлов от объемного соотношения водной и органической фаз. [Me]исх = 0.01 моль/л.

Скачать (19KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Результаты последовательной экстракции Yb(III) из нитратного раствора HDES ДТМПФК/фенол после его регенерации. О/В = 1.

Скачать (17KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».