辛基甲基咪唑四氟硼酸鹽的微波合成及對釩的萃取

楊力堯，李金陽，楊 藝，李 勇

（東北大學，遼寧 沈陽 110819）

釩鈦磁鐵礦經高爐冶煉、轉爐提釩等工序得到含鉻釩渣。廢渣所含的釩、鉻等金屬元素是重要的戰略資源也是劇毒的環境污染物，對其資源化處理具有重大的經濟、環境和社會效益。釩鉻渣的焙燒浸出液一般為強堿性，硅鋁磷等雜質較多，釩鉻分離難度極大。

目前主要有還原沉淀法、離子交換法、萃取分離法處理釩鉻廢渣[1]，但還原沉淀法產品純度低，耗酸量大；離子交換法周期長、再生產生廢水量大；對比之下，萃取法分離工藝簡單，基本無二次污染，化學穩定性好，耗酸量小，抗氧化性好，萃釩效率高，可得到純度較高的釩[1]。因此研究針對釩鉻渣中釩鉻分離的萃取分離體系具有重要理論和現實意義。

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現液態的、完全由有機陽離子和無機陰離子組成的低溫熔融鹽。陽離子主要以咪唑陽離子為主，陰離子有鹵素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等[2]。它具有不揮發、不可燃、導電性強、對許多物質有良好的溶解性，易與產物分離、易回收、可反復多次循環使用、使用方便等優點[3]。因此以1-甲基咪唑和1-溴辛烷為原料，化學合成出陽離子為碳鏈烷基咪唑，陰離子為四氟硼酸根的離子液體。并利用離子液體對物質的強溶解性，將其作為釩鉻渣中釩鉻的分離體系，初步研究對釩的萃取。探索釩鉻渣資源化利用的新方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Nicolet 380型傅立葉變換紅外光譜儀（美國熱電集團）；MCR-3型微波化學反應器（整機功率：1300 W，微波功率：750 W；鞏義市予華儀器有限公司）；YH-15D型真空檢體干燥箱（鞏義市予華儀器有限公司產）；YRE-5299旋轉蒸發儀（鞏義市予華儀器有限公司產）。

乙腈，丙酮（分析純，藥化學試劑公司）；1-甲基咪唑，1-溴辛烷（98%；鄭州阿爾法化工有限公司）；四氟硼酸鈉（99.5%；廣東翁江化學試劑有限公司）。

1.2 合成

合成過程如圖式 1[4-6]。在三口圓底燒瓶中加入1-溴辛烷（0.6 mol），1-甲基咪唑（0.6 mol），乙腈80 mL。放入微波反應器中磁力攪拌回流反應1 h，設定溫度為 74 ℃，得到 1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體（化合物1）。向中間產物中加入四氟硼酸鈉（0.33 mol），水50 mL，繼續反應40 min，設定溫度不變[7-9]。得到的最終產物1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（化合物 2）經冷卻、洗滌、抽濾、旋轉蒸發后，與水不互溶。

1.3 萃取

在室溫 25 ℃下，按照一定比例準確量取純釩溶液（水相）和離子液體（有機相）裝入錐形瓶中，將錐形瓶放入恒溫水浴振蕩器中，在一定溫度下、勻速振蕩至設定時間后，經離心機離心，用移液槍吸取萃余液。用硫酸亞鐵銨滴定法測定釩含量，根據式（1）計算釩的萃取率[10]。

萃取率用E表示：

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析

傅立葉紅外光譜圖如下，1 060 cm-1是四氟硼酸根離子的特征吸收峰；3 160 cm-1是咪唑環的C-H振動吸收峰；2930、2860是咪唑環側鏈烷基取代基上的C-H振動吸收峰；2950和溴辛烷的峰值相同；1570、1170是咪唑環的骨架振動吸收峰；由此可判斷合成出了目標離子液體[11]。

圖1 產物的紅外光譜圖

2.2 萃取結果分析

由處理所得的數據可知，萃取率為77%，在常規條件下，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體對釩的萃取效果顯著。

3 結 論

以 1-甲基咪唑與 1-溴辛烷為主要原料，采用微波法合成1-辛基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體，然后將其作為中間體，進行離子交換得到1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體。經傅立葉紅外光譜圖驗證，所得產物為目標產物。

在常規條件下，將所得到的最終產物 1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體用于對釩的萃取，得到的數據表明，該離子液體對釩的萃取效果良好，在常溫下萃取率即可達到 80%左右, 經改進萃取條件后可進一步用于釩鐵礦的分離研究中。

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