Том 57, № 6 (2023)

Гидрометаллургические методы остаются одними из самых перспективных для переработки литий-ионных батарей, а жидкость-жидкостная экстракция служит ключевым этапом разделения сложной смеси элементов, входящих в состав анода и катода. Развитие и усложнение состава элементов питания, в частности активное производство литий-титанатных анодов, требует дополнительных исследований по экстракции. В работе подробно изучена экстракция ионов Ti(IV) гидрофобным глубоким эвтектическим растворителем Aliquat 336/ментол, который ранее успешно применялся для разделения элементов из растворов выщелачивания катодов типа NMC (LiNiMnCoO₂). Были получены данные по экстракции ионов титана(IV) в зависимости от кислотности среды, концентрации хлорид-ионов, а также концентрации экстрагента в глубоком эвтектическом растворителе. На основании этих данных был предложен механизм экстракции ионов титана(IV). В завершение была предложена система для эффективной регенерации экстрагента. Результат этой работы может быть использован для создания экстракционной схемы разделения растворов выщелачивания литий-ионных батарей с литий-титанатным анодом.

Гидрофильные глубокие эвтектические растворители активно позиционируются как эффективные экстрагенты для удаления гетероциклических соединений из легких углеводородных фракций. Особый интерес вызывает подкласс натуральных глубоких эвтектических растворителей (Natural deep eutectic solvents, NaDES), поскольку в их состав входят вещества исключительно природного происхождения. Однако к настоящему времени отсутствуют систематические исследования этих процессов на экстракционном оборудовании. Для изучения процесса противоточной экстракции пиридина, хинолина и индола из модельного раствора легких углеводородных фракций на серийном оборудовании ряд NaDES на основе лимонной и яблочной кислот, ксилита и воды был впервые использован в данной работе. Продемонстрирована высокая экстракционная способность данных NaDES в лабораторных экспериментах, а также установлен механизм экстракции. Детальное исследование эффективности экстракции гетероциклов при варьировании различных условий позволило перейти к изучению процесса с использованием экстракторов типа смеситель–отстойник. Модельный раствор легких углеводородных фракций был очищен от пиридина, хинолина и индола до концентрации <1 ppm по схеме противоточной экстракции на каскаде из шести смесителей-отстойников.

Исследовано влияние давления на коэффициент относительной летучести бинарных смесей разной природы и тройных смесей, содержащих потенциальные разделяющие агенты – диметилсульфоксид (ДМСО) и бутилпропионат (БП). На основе данных парожидкостного равновесия получен массив необходимой для последующего анализа информации, установлен разный характер и причины разного влияния давления на относительную летучесть для закрепленного состава исходной смеси. При наличии точек пересечения кривых фазового равновесия в исходной бинарной системе и псевдобинарной смеси (в сечении с постоянной концентрацией третьего тяжелокипящего компонента) концентрационный симплекс разбивается на области, в которых при изменении давления значения коэффициента относительной летучести уменьшаются (увеличиваются). Данный факт позволяет усовершенствовать процедуру оптимизации процесса разделения на этапе выбора рабочего давления в колоннах.

Изучено влияние аминоэфира борной кислоты, полученного на основе триэтаноламина, борной кислоты и триэтиленгликоля, на условия парожидкостного равновесия в азеотропных бинарных смесях этилацетат–этанол, этилацетат–изопропанол и трехкомпонентной смеси этилацетат–этанол–вода. Исследования проводились как экспериментальными методами открытого испарения на эбулиометре Свентославского, так и моделированием с использованием метода UNIFAC. Определены отсутствующие в литературе параметры взаимодействия группы CСОО (в составе этилацетата) с группой бора В. Предложена схема разделения азеотропной смеси этилацетат–этанол–вода экстрактивной ректификацией.

Исследована эффективность раздельного улавливания оксида цезия и молекулярного иода, образующихся при окислительном термолизе иодида цезия, в процессе хемосорбции на керамических высокопористых блочно-ячеистых контактных элементах. Определена динамическая сорбционная емкость контактных элементов с нанесенным алюмосиликатным сорбционно-активным слоем и с активным слоем нитрата серебра по цезию и иоду соответственно. Разработанные контактные элементы рекомендуются для использования в системах локальной газоочистки высокотемпературных переделов переработки облученного ядерного топлива.

Анализ литературы показывает, что основным методом моделирования равновесных характеристик реакционных систем при повышенных давлениях, включая процессы при сверхкритических условиях, являются уравнения состояния, описывающие неидеальность паровых и жидких фаз, тогда как для описания кинетики элементарных и брутто-стадий используется закон действующих масс. Указанное различие в типах моделей, используемых для описания равновесных и кинетических характеристик одной и той изучаемой экспериментальной системы нарушает второе начало термодинамики, сформулированное Клаузиусом. Единственным теоретическим методом, согласующимся со вторым началам термодинамики, является молекулярная теория на основе модели решеточного газа. Для удовлетворения второму началу термодинамики молекулярные модели должны обеспечить самосогласованное описание равновесия и скоростей элементарных стадий брутто-процесса. Т.е. молекулярные модели должны дать единый математический аппарат расчета состояний системы как вне точки равновесия, так и в самой точке равновесия. Молекулярные модели могут различаться видом эффективных параметров межчастичного взаимодействия, и способами уточнения этих моделей за счет учет различий в размерах, учета вкладов колебательных движений компонентов, а также точностью описания эффектов корреляции. Для обеспечения самосогласованности описания равновесия и кинетики модели должны как минимум отражать эффекты прямых корреляций. Любые одночастичные приближения (среднего поля, хаотическое, функционала плотности) не отвечают условию самосогласования и нарушают второе начало термодинамики.