杯芳烃羧酸萃取稀土、钍与含杯配合物结构研究

本文以大环化合物杯芳烃羧酸为萃取体系，系统考察稀土元素在该体系中的萃取分离性能，比较了钍与稀土元素的萃取性质差异，从而为杯芳烃羧酸在该分离领域中的应用提供一定的实验数据，此外，采用无机水热合成制备了含杯[8]芳烃的三元超分子配位聚合物并表征其结构，具体研究内容如下： 1、 合成杯芳烃并进行化学修饰得萃取剂杯芳烃羧酸，采用熔点测定、元素分析、TG-DTA、FT-IR和1H-NMR等分析方法表征，并利用两相滴定法测定了杯芳烃羧酸的基本常数。 2、 研究杯芳烃羧酸-CHCl3/RE-HCl萃取体系碱金属离子、离子强度、酸度、温度和萃取剂浓度对Eu(III)的萃取分配比影响，并分析其萃取机理。在此基础上，探索杯芳烃羧酸的协同萃取性能，发现杯[4]芳烃羧酸与伯胺N1923的ABC酸碱耦合协萃体系对轻、中、重稀土有不同的协萃能力，协萃系数与原子序数呈“双峰效应”。 3、 在萃取热力学基础上，利用层流恒界面池研究杯[4]芳烃羧酸萃取Nd(III)的动力学性质，确定了萃取反应控制模式随条件不同有所变化，化学反应在相界面上进行，并获得了萃取反应速率方程。 4、 以杯芳烃羧酸-CHCl3/Th-HCl体系研究钍的萃取性能，考察了碱金属离子、离子强度、酸度、温度和萃取剂浓度对Th(IV)的萃取影响，比较其与稀土萃取性能的差异，并在此基础上进一步研究与伯胺N1923协同萃取钍的性能，分析了协同萃取反应机制。 5、 水热合成并表征了含磺化杯[8]芳烃，2，2’-联吡啶与镍的三元超分子配合物。磺化杯[8]在该配合物中呈“双-反向锥式”构型，分子间由氢键和C-H…π相互作用将四核Ni簇连接成三维超分子结构。

Cyanex923萃取稀土热力学、动力学及界面现象的研究

本文研究了中性萃取剂三烷基氧化膦(Cyanex 923)从硫酸介质中萃取与反萃三价稀土Yb(III)的热力学和动力学机理，对该萃取剂的界面活性进行了深入的研究，并详细探讨了其从硫酸介质中萃取Ce(IV)时液/液界面的吸附参数及萃合物的聚集。此外，还考察了一种羧酸类萃取剂仲辛基苯氧基取代乙酸(CA-12)所组成的萃取有机相中W/O微乳液的热力学稳定性与结构参数。 1. 研究了Cyanex 923从硫酸介质中萃取与反萃Yb(III)的热力学。考察了一些影响萃取与反萃的条件，如：酸度、盐析剂、温度、反萃剂种类等，得出了萃取机理与热力学函数，为分离Yb(III)与其它稀土元素提供了有用的参数。 2. 研究了Cyanex 923 从硫酸体系中萃取Yb(III)的动力学，通过考察搅拌强度、比界面积、温度、反应物浓度等各种因素对萃取速率的影响，确定其对Yb(III) 的萃取动力学为扩散控制过程，反应主要在液/液界面进行，控制步骤为反应物种通过界面凝滞膜的界面扩散过程，并推导出了萃取速率经验式。 3. 考察了温度、离子强度、酸度、添加剂和不同稀释剂对萃取剂Cyanex 923在Cyanex 923-稀释剂/Na2SO4-H2SO4界面的界面活性的影响，得到了Cyanex 923在不同条件下的界面吸附参数，对萃取剂界面活性与萃取动力学的关系进行了讨论。 4.考察了Cyanex 923-正庚烷/Ce(IV)-H2SO4 萃取体系在液/液界面的吸附参数，重点研究了体系的界面活性物种、萃合物聚集造成的界面现象及其对溶剂萃取过程的影响，详细地研究了Ce(IV)和H2SO4的萃取对萃取体系一些物化性质的影响,观测到了萃取体系中反胶束的存在。 5. 研究了皂化CA-12—添加剂组成的萃取有机相中W/O微乳液的热力学稳定性，考察了皂化率、电解质本性与浓度、pH值、温度对体系最大加溶水量的的影响，并考查了不同添加剂与含水量时微乳液形成的热力学函数及结构参数。

基于NMR的代谢组学方法对稀土生物效应的研究

近年来，随着高场傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高、分辨率的增加、化学位移的扩展、多脉冲实验技术的发展以及计算机技术的不断进步，使NMR技术在生物和医学领域的应用有了飞速的发展。而基于NMR技术结合模式识别的代谢组学方法更是在医学临床诊断、药物毒性、环境毒理学等领域得到广泛应用。 稀土由于其特殊的电子层结构在工业、农业、畜牧业和现代生物医学上具有非常广泛的应用。本论文工作采用基于核磁共振技术的代谢组学方法，分别对给药稀土钕、镨(农用稀土微肥常乐中两种主要成分)以及重稀土钆后大鼠的体液(尿液、血清)和组织(肝、肾)中代谢物的浓度变化进行了分析。结合生化指标数据和组织切片显微照片，系统的研究了稀土钕、镨和钆的急性生物效应。 运用高分辨1H NMR技术，检测分析了大鼠腹腔注射不同剂量硝酸钕(2，10，50 mg/kg体重，48 h)、氯化钆(10，50 mg/kg体重，168 h)和硝酸镨(2，10，50 mg/kg体重，168 h)后尿液、血清及肝肾组织中的代谢物如柠檬酸、肌酸、肌酸酐、二甲胺、二甲基甘氨酸、氮氧三甲胺(TMAO)、氨基酸、乳酸、琥珀酸、牛磺酸、胆碱、甘油三脂、糖元等的浓度、物种的变化。结合模式识别方法，并根据血中生化指标和组织光镜图，对稀土在体内与细胞、组织和器官的作用机理及急性毒性进行了有意义的探讨。结果表明：高剂量硝酸钕的引入可能使动物体内的代谢出现异常，动物肾脏和肝脏的特定部位(如肾小管、肾乳头、肝脏线粒体)受到选择性的损伤；氯化钆对大鼠造成损伤的靶器官是肝脏，同时肾脏功能也受到伤害，其主要表现为通过改变大鼠体内酶代谢而使大鼠肝脏中正常的能量代谢(糖代谢和脂肪代谢)和氨基酸代谢等受到扰乱，同时能使肾脏中维持渗透平衡的渗透质浓度降低；硝酸镨靶向器官为肝脏和肾脏，以肝脏为主，且呈现明显的剂量-反应关系，低、中剂量Pr(NO3)3对大鼠肝脏和肾脏的损伤在168 h内是可逆的。基于NMR的代谢组学方法也可用于其它化合物的毒性研究。

有机磷（膦）酸双溶剂体系及离子液基体系对稀土萃取的研究

本文系统研究了由酸性磷（膦）类萃取剂所构成的双溶剂萃取体系对稀土的协同萃取效应；考察了添加剂对磷（膦）类萃取体系的分离能力，反萃性能，界面性质及动力学机理的影响；运用绿色溶剂---室温离子液体替代挥发性有机溶剂为稀释剂，研究了磷（膦）类萃取剂在离子液体中萃取稀土的性能，具体的研究内容如下： 1． 考察了HDEHP， HHEOIPP， Cyanex272， Cyanex302，Cyanex301分别与HEHEHP构成混合萃取体系在盐酸介质中对RE3+的萃取和分离性能，推导了协萃反应方程式，计算了相邻稀土元素间的分离系数，讨论了各混合体系对部分稀土相互分离的可能性，并从萃取剂结构方面对不同萃取体系萃取能力的差别给出了解释。 2． 用层流恒界面池法研究了添加剂isooctanol对HEHEHP萃取体系萃取Yb3+的传质动力学的影响，综合搅拌速率判别法，界面判别法，温度判别法，得出了萃取过程为伴随有界面化学反应的扩散传质。考察了水相酸度、有机相浓度等因素对反应速率的影响，提出了萃取速率方程及动力学传质机理，计算了扩散层厚度及扩散速率常数，建立了传质模型。 3． 考察了甲庚醇浓度、温度、离子强度等因素对HEHEHP-isooctanol体系界面活性的影响，并定性探讨了极性添加剂isooctanol对HEHEHP-Yb3+-HCl体系萃取动力学的影响。 4． 选择室温离子液体[C8mim][PF6] 作为溶剂，系统研究了磷(膦)类萃取剂HEHEHP对稀土的萃取能力，计算了HEHEHP- IL体系的分离系数，推测了萃取体系的反应机理，并与相同萃取条件下庚烷体系中HEHEHP对稀土的萃取性能进行了比较。

离子液体在铈（IV）钍及稀土（III）萃取分离中的应用研究

本文对1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体（[C8mim]PF6）在包头稀土矿分离钍以及攀西矿分离铈工艺中的应用作了初步探索。论文首先研究了伯胺N1923溶于离子液体对硫酸体系钍的萃取分离行为，考察了酸度、盐析剂浓度、萃取剂浓度等对N1923/IL萃取钍的影响，并与庚烷体系的萃取规律作了对比。在此基础上对萃取机理进行了探讨，提出了不同于分子溶剂体系的萃取机理，认为N1923/IL在水相有硫酸钠作为盐析剂时对钍的萃取为“胶束增溶”萃取机理。此外，钍对稀土的分离考察结果认为，虽然N1923/IL对钍的萃取效率降低，但在一定条件下钍对稀土仍能保持较高的分离系数。由此本文对N1923/IL应用于钍的分离实践作了初步评估。 论文的另外一部分工作研究了纯[C8mim]PF6及其与2-乙基己基膦酸二（2-乙基己基）酯（DEHEHP）的混合体系对硝酸铈（IV）的萃取性能。研究发现纯[C8mim]PF6本身对硝酸铈（IV）有良好的萃取选择性，机理考察结果认为铈（IV）的萃取是由于Ce4+离子在富硝酸根溶液中形成络阴离子Ce(NO3)62-并与离子液体的阴离子PF6—发生交换的结果。一种新型含铈离子液体[C8mim]2Ce(NO3)6的合成进一步证实了这一机理。反萃考察发现被萃入离子液相的铈（IV）用水可完全反萃，且萃取和反萃过程中因离子交换机理导致的离子液体流失可以通过添加适量离子液体组分的方法予以抑制。此外，本文考察了DEHEHP溶于[C8mim]PF6对于含氟硝酸体系铈（IV）的萃取行为，发现在一定条件下DEHEHP对铈（IV）的萃取能获得与分子溶剂中等同的萃取机理。在此基础上，采用DEHEHP/IL从氟碳铈矿分解液中进行分离铈和氟的研究，获得纯度为99.9%以上的纳米CeF3产品。由此我们提出一个将离子液体应用于攀西氟碳铈矿铈钍稀土分离流程的模型，为离子液体在稀土清洁分离流程中实现溶剂绿色化的目标提供了一个范例。

多氟稀土（Sm、Tb）有机配合物的合成及发光性质的研究

本文合成了几种多氟β-二酮配合物，并将其引入无机／有机杂化基质及中孔分子筛材料中，从而制备了发光性能良好的杂化材料。选用新型的多氟β-二酮作为有机配体，合成了几种衫、试配合物，通过IR、1H NMR等手段证实了配合物的生成，并研究了其发光性质。首次得到了以4,4,5,5,6,6,6-七氟-1-2-噻吩基）-1-已二酮（HTH）为配体的衫的配合物单晶（Sm（HT）3Phen），解析了其结构，结果表明其配位多面体为三角十二面体。将多氟三元配合物Tb（Tfacac）3phen通过溶胶一凝胶过程掺杂到γ-缩水甘油丙基醚三甲氧基硅烷（GPTMS）改性的有机／无机杂化基质中，制备了有机／无机杂化发光块状材料一及其薄膜材料；研究了稀土配合物在未改性基质和改性基质中的发光性质，以及不同基质对发光性能的影响，结果发现该杂化材料最大激发峰位相对于纯配合物发生了蓝移，且激发谱带变窄；考察了两种基质中配合物掺杂浓度对杂化材料的发光强度的影响，结果表明。稀土配合物在改性基质中比在未改性基质中掺杂浓度提高了。比较了粉末材料与相应薄膜的发光性能，发现薄膜材料巴的发光强度和荧光寿命有所降低，表明材料的不同状态对其发光性能有一定的影响。制备了中孔分子筛MCM-41及GPTMS、TMSPMC改性的有机／无机杂化中孔材料。回时成功地将稀土配合物Sm（HTH）3Phen、Tb（Tfacac）3Phen组装到MCM-41及两种改性的MCM-41中，合成了担载新型稀土有机配合物的无机-有机杂化中孔发光材料。通过对稀土配合物及其在分子筛中的荧光光谱分析，发现激发光谱发生了蓝移；而且不同的改性剂对不同的稀土配合物的影响不同。并制得了发光色纯度较高的稀土-TMSPMC-MCM-41复合发光体。

稀土元素与过渡金属元素的溶剂萃取与树脂吸附研究

该论文围绕金属元素的溶剂萃取和树脂吸附进行了一系列研究.考察了几种萃取剂的混合体系对稀土元素及过渡金属元素的萃取效应,同时,研究了酸性有机磷(瞬)类萃淋树脂对二价过渡金属元素的吸附性能,并讨论了它们用于分离金属元素的可能性.1.研究了盐酸和硝酸介质中β-二酮类萃取剂HPMBP与硫代中性有机磷(膦)类萃取剂Cyanex471X单独及混合体系对稀土元素La(Ⅲ)的萃取机理.2.研究了Cyanex272与伯胺N1923的混合物对Zn(Ⅱ)的协同萃取效应,得出了协萃反应方程式和平衡常数.3.考察了伯胺N1923与中性有机磷(膦)类萃取剂DEH/EHP的混合体系在盐酸介质中对Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的萃取效应,研究了萃取机理,并研究了此混合体系对Zn(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的分离.4.揭示了Cyanex923萃取硝酸过程中出现第三相的机理和三相的相行为,讨论了第三相形成的影响因素.5.考察了盐酸介质中HEOPPA萃淋树脂对二价过渡金属元素的吸附平衡,得出了吸附反应方程式.

稀土配合物分子组装及其性质研究

分子组装技术是一种在分子水平上进行的有序薄膜组装技术,包括Langmuir-Blodgett(LB)膜技术及自组装技术.该论文中,对稀土配合物及稀土杂多化合物的分子组装进行了系统的研究,取得了一些令人感兴趣的研究结果:合成了Na<,9>EuW<,10>O<,36>,Na<,9>DyW<,10>O<,36>,Na<,9>SmW<,10>O<,36>,K<,13>Eu(SiW<,11>O<,39>)<,2>,K<,13>Eu(GeW<,11>O<,39>)<,2>,K<,15>Eu(BW<,11>O<,39>)<,2>等稀土多金属氧酸盐,用LB膜技术将其组装入双十八烷基二甲基溴化铵(DODA)和十八胺(ODA)分子中,得到稀土杂多化合物LB膜.以稀土离子为亚相,制备了邻十六酰基苯甲酸-稀土(铽和铕)和对十六烷氧基苯甲酸铽LB膜.以1,2-二羟基苯-3,5-二磺酸铽(Tiron-Tb)为亚相,制备了DODA/Tiron-TbLB膜.以3-氨丙基三乙氧基硅烷为前驱体,制备了Na<,9>EuW<,10>O<,36>,Na<,9>DyW<,10>O<,36>的自组装膜.荧光光谱研究表明,在自组装膜中配体能将能量有效地传递给稀土离子.

稀土配合物有机／无机杂化薄膜的制备与光电性质研究

有机／无机杂化功能超薄膜是二十一世纪分子科学的重要发展前沿之一，设计具有功能性的有机／无机杂化薄膜已成为这一领域的挑战性课题。本论文分别采用Lallgmuir-B1odgett（LB）膜技术及溶胶一凝胶薄膜组装技术，将稀土无机配合物和稀土有机配合物分别与有机大分子化合物进行薄膜分子组装，对稀土配合物有机／无机杂化薄膜的光、电性质进行了研究。采用LB技术，将K11Ce（PWllO39）2·22H2O，K11Eu（PW11O39）2·25H2O，K11Gd（PW11O39）2·24H2O，K11Sm（PMo11O39）2·19H2O，K11Ce（PMo11O39）2·23H2O，K11Eu（PMo11O39）2·22H2O，K11Gd（PMo11O39）2·2OH2O，K11La（PMo11O39）2·18H2O八种稀土杂多化合物分别掺杂到聚喳琳中，得到十八胺（十八酸）／聚喳琳／稀土杂多化合物导电杂化LB膜。杂化LB膜表面的稀土杂多化合物颗粒大小在30-80nm之间。电性质研究表明，稀土杂多化合物的掺杂可使聚喳琳的导电性显著提高，且钥系稀土杂多化合物掺杂使聚哇琳的导电性增加更为显著。采用溶胶一凝胶薄膜组装技术，将K13（EuSiW11O39）2·28H2O，K13（EuGewl 1039）2·25H2O，K巧（EuBWllO39）2·22H2O，N钩SmWlo036·18H20，Na9DyS10O36·22H2O五种稀土杂多化合物分别与聚醋进行薄膜组装，得到聚醋／稀土杂多化合物溶胶一凝胶膜。荧光光谱研究表明，稀土离子在溶胶一凝胶膜中格位对称性降低，红橙比和黄蓝比发生了改变。1:11型稀土杂多化合物固体与聚酷／稀土杂多化合物溶胶一凝胶膜有不同的能量转移过程，在溶胶一凝胶膜中，配体能将能量传递给稀土离子。采用原位法将对十六烷氧基苯甲酸试及邻十七酞基苯甲酸试有机配合物分别进行了溶胶一凝胶薄膜组装，对其荧光性质进行了研究。结果表明，芳香梭酸配体与稀土诫离子有较好的能级匹配，能够有效地将吸收的能量传递给Tb3+离子，薄膜具有良好的发绿光性能。

基于NMR的稀土生物效应代谢组学研究

近年来，随着高场傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高、分辨率的增加、化学位移的扩展、多脉冲实验技术的发展以及计算机技术的不断进步，使NMR技术在生物和医学领域的应用有了飞速的发展。而基于NMR技术结合模式识别方法的代谢组学方法更是在医学临床诊断、化合物生物效应、环境毒物学等领域得到广泛应用。稀土由于其特殊的电子层结构在光学、磁学领域应用非常广泛，同时因为其对农作物生长具有明显的促进作用，因此也被大量使用于农业中。本论文工作围绕农用稀土微肥常乐中两种主要成分斓、饰以及重稀土噜的急性生物效应，采用基于核磁共振技术的代谢组学方法，结合生化指标和组织切片显微照片，对给药稀土大鼠的体液（尿液、血清）和组织（肝、肾）进行了系统的研究。运用高分辨IHNMR技术，检测分析了大鼠腹腔注射不同剂量硝酸悯（2．0，10，50mg／kg体重）、硝酸饰（2．0，10，50mg瓜g体重）和灌胃给药硝酸噜（0．01，0．05，0．2，2，10，100mg／kg体重）48小时内尿液及48小时后血清及肝肾组织中的代谢物如柠檬酸、酮体、肌酸配、二甲胺、二甲基甘氨酸、TMAO、氨基酸、乳酸、唬拍酸、牛磺酸、甘油三脂、糖元等的浓度、物种的变化。结合模式识别方法，并根据血中生化指标和组织光镜图，对稀土在体内与细胞、组织和器官的作用机理及急性毒性进行了有意义的探讨。结果表明，各剂量硝酸悯主要导致大鼠肝脏受损，且损害程度与剂量成正比关系；而高剂量硝酸饰（10，50mg／kg体重）不仅在48小时内造成大鼠肝脏的能量代谢（糖代谢、脂肪代谢）紊乱，并导致肾小管炎症和肾乳头坏疽；重稀土噜在低剂量（0．2，2．0mg／kg体重）时主要导致肾小管重吸收能力下降，而高剂量（10，100mg众g体重）时主要表型为肝毒。该方法可用于其它药物的毒理研究。

新型稀土配合物的合成及其光致发光与电致发光性能的研究

稀土配合物作为电致发光材料，具有色纯度高、发光效率高等优点，其作为有机电致发光材料（OLED）具有广阔的应用前景。目前，有关其电致发光（OLED）的研究取得了很大的进展，但将其作为OLED材料达到实用化，还需要很大一段距离。因此，有必要进一步地开发新型、高效、接近实用的稀土配合物并将其应用于OLED的制备中，开发出实用的OLED显示屏。本论文的工作中，将共扼适度的蔡环和多氟取代的烷基链引入到β-二酮配体中，合成了含三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基和十五氟庚基的β-二酮配体（TFNB、PFNP、HFNH和PFND），并合成了DPPZ，以及其它配体biPy、phen，用这些配体合成了多种稀土配合物。运用多种手段研究了配合物的晶体结构、热稳定性、光致发光（PL）和电致发光（EL）性质，初步探讨了PL和EL发光机理。合成了四种稀土Eu配合物，它们的PL均表现为Eu3＋的特征发光，其荧光效率的大小顺序为：七氟＞五氟＞十五氟＞三氟。以这四种配合物为发光中心组装了掺杂类型的器件。器件性能表明：五氟配合物和七氟配合物具有最佳结构的器件在其所有驱动电压和电流密度下都可以得到纯的EL光谱（Eu3＋的特征发光）。七氟和五氟配合物的最大亮度都超过了1000cd/m2，效率分别达到了4.14 cd／A和5.41cd/A，流明效率分别为2.28和3.11m/W，这样的高效率，达到和超过了国际上报道的同类型器件的EL性能。我们综合比较了几种配合物的性能，得出了一定的结论，并总结出一些规律来指导材料的合成。合成了Sm的三氟、七氟配合物，利用吸收光谱、荧光光谱初步研究了它们的PL性能，并研究了七氟Sm配合物的EL性能。合成了三氟Pr和七氟Pr、Nd、Er和Yb的配合物，研究了它们的近红外发光性能。通过各种光谱的研究，表明在这些配合物的发光过程中，与可见发光的Eu、Sm配合物一样，“天线效应”起到了很大的作用，因此这些配合物均有较强的近红外发光（800-1700nm）。将咔哇基团引入狡酸中一得到Eu、Tb的配合物，它们具有很强的PL性能。

多元氨基酸、肽体系中稀土存在形态及配位作用特点研究

本文研究了稀土在多元氨基酸小分子生物配体体系存在形态及其作用特点，探索了稀土元素在生物体内的分布、代谢及其生物效应的机理，同时研究了稀土与复杂的生物大分子作用及稀土氨基酸固体配合物。