伯胺N_(1923)萃取过渡金属离子机理的研究

伯胺由于其特殊的结构（R-NH_2），使它具有和仲、数胺不相同的一些性质。有较强的和矿物酸HX结合形成RNH_3X的能力，从而以离子交换机理萃取金属离子；也可以-NH_2上的氮、氢原子同以高价存在的过渡金属含氧酸以氢键方式相结合；另外，RNH_2也可通过氮原子以配位键形式与一些属于软酸类的过度金属离子形成配合物。通过伯胺萃取金属离子行为的研究，可发现新的萃取体系，扩大我国自行设计的伯胺N_(1923)萃取剂的应用领域，为金属离子的分离提纯工艺提供基本参数。我们实验室过去曾对伯胺N_(1923)萃取稀土（III）、Fe（III）、Zn （II）、Cd（II）、Ag（I）、Sc（III）等的机理进行了比较系统的研究。本工作是在此基础上，进一步完善及扩大N_(1923)对周期表中各族元素的萃取及应用。为此，我们选择了文献尚未报道的Ti（IV）、HgCl_2、Hg(CH_3COO)_2、Cu(CH_3COO)_2为研究对象，对它们的萃取机理进行了较详细的研究。结果表明，自由的N_(1923)或其盐对上述体系具有良好的萃取性能，并初步讨论了N_(1923)在金属离子萃取分离中的应用。一、伯胺N_(1923)萃取HgCl_2的机理 微量汞的萃取及分离对环境保护具有重要的实际意义。我们的研究结果表明，在pH值为3-4.5范围内，即使Cl~-浓度很低时，伯胺N_(1923)也能几乎定量地萃取HgCl_2，其盐酸盐亦能有效地萃取Hg（II），但两者的萃取机理不同。自由伯胺RNH_2可与HgCl_2形成配合物，其萃取机理为：RHN_(2(0)) + HgCl_2 <-> Hg(RNH_2)Cl_(2(0))对伯胺盐，实验证明其机理主要为加合反应，但当Cl~-浓度较高时，则为阴离子交换反应：加合反应：2RNH_3Cl_((0)) + HgCl_2 <-> (RNH_3Cl)_2HgCl_(2(0))交换反应：2RNH_3Cl_((0)) + HgCl_4~(2-) <-> (RNH_3)_2HgCl_(4(0)) + 2Cl~-通过考察温度对配位萃取反应的影响，求得反应的热效应ΔH = -48.82 KJ/mol，并分析了萃合物的IR、NMR谱。二、伯胺N_(1923)萃取Hg(CH_3COO)_2的机理 与HgCl_2体系相似，自由伯胺或其盐均能萃取Hg(CH_3COO)_2，萃取机理分别为：RNH_(2(0)) + Hg(CH_3CCO)_2 <-> Hg(RNH_2)(CH_3COO)_(2(0)) (CH_3COONH_3R)_(2(0)) + Hg(CH_3COO)_2 <-> (CH_3COONH_3R)_2Hg(CH_3COO)_(2(0))。在不同的萃取剂浓度下，上述反应的表观平衡常数基本不随萃取剂浓度的变化而改变，其对数值分别为：11.85、8.11。三、伯胺N_(1923)萃取Cu(CH_3COO)_2的机理 水相酸度对萃取反应的影响表明，RNH_2在近中性体系中具有很好的萃取性能，而在乙酸浓度较高的条件下，Cu（II）几乎不被RNH_2所萃取。说明自由伯胺能以配位机理的形式萃取Cu(Oh_3coo)_2，经确定，萃取反应式为：2RNH_(2(0)) + Cu(CH_3COO)_2 <-> Cu(RNH_2)_2(CH_3COO)_(2(0))并对该反应的表观平衡常数及热力学函数进行了计算。通过分析萃合物的IR谱，认为Cu(RNH_2)_2(CH_3COO)_2为平面型四配位的配合物。四、(RNH_3)_2SO_4从硫酸溶液中萃取Ti（IV）的研究 在低酸度（pH：0.84）的H_2SO_4溶液中，伯胺N_(1923)对Ti（IV）具有很强的萃取能力。用化学平衡法确定其反应式为：3(RNH_3)_2SO_(4(0)) + Ti(OH)_3~+ + SO_4~(2-) <-> 2(RNH_3)_3Ti(OH_3)(SO_4)_(2(0))我们用正十二胺代替N_(1923)，合成了上述萃合物的模拟物，经元素分析确定了萃合物的分子式：(RNH_3)_3Ti(OH)_3(SO_4)_2。并较详细地分析了萃合物的NMR、IR谱。变温NMR的结果表明，萃合物中存在两种含有活泼氢的基团，用D_2O交换后的NMR的结果亦证明了这一点。从萃合物的IR谱中，可得到SO_4~(2-)是以单齿配位形式同Ti（IV）相结合的信息。这些结果为所提出的萃取机理提供了直接的证据。并求出了上述萃取反应的表观平衡常数，其对数值为10.15，该值基本不随萃取剂浓度的变化而发生改变。反应的热效应ΔH = 66.49 KJ/mol，由计算得出的ΔG值可知，上述萃取反应有很大的向右进行的趋势。五、伯胺N_(1923)在萃取分离中的应用 为了扩大N_(1923)的应用，通过上述研究，我们对其在萃取分离中的应用进行了讨论，认为在以下几方面有可能得到应用：1、从环境废水中除Hg(II)；2、Hg(II)和Zn(II)、Cd(II)在CH_3COOH体系中的分离；3、CH_3COOH体系中Cu(II)、Co(II)、Ni(II)的萃取分离；4、在较高浓度的H_2SO_4体系中，应用(RNH_3)_2SO_4进行了Ti(IV)-Fe(II)的分离。