一种功能离子液体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种功能离子液体，其阳离子为疏水性咪唑鎓自由基，阴离子为具有长碳链的甘氨酸自由基。该离子液体作为萃取剂具有较高的负载量，能够有效提高稀土矿中的铝等元素的去除率，降低稀土的损失率，具有较好的循环使用性能和分离能力。用性能和分离能力。用性能和分离能力。

【技术实现步骤摘要】
一种功能离子液体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于稀土矿除杂领域，具体涉及一种功能离子液体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]稀土元素(RE)广泛应用于永磁体、荧光灯、可充电镍氢电池、催化剂。在21世纪，随着混合动力汽车、电动汽车、风能涡轮机的日益普及，稀土作为电机和涡轮机永磁体材料不可或缺的一部分，其需求量也在日益增加。稀土资源在矿床中是与其他金属例如铝、铁、钙、镁、铜等共同存在的，需要通过冶金的方法将稀土混合物与这些杂质分开，遗憾的是，化学选矿难以将所有的杂质从目标稀土中完全除去，这给后续的加工过程造成非常大的麻烦，也影响最终的稀土产品。
[0003]铝作为一种杂质夹杂在许多稀土矿中，例如离子吸附型稀土矿(IATREO)在原位浸出后，铝会不可避免与稀土混合物一起被浸出。收集的浸出液使用碳酸氢铵通过调节pH的方式来选择性地除去大部分铝，在富集过程后通过沉淀、焙烧得到稀土含量90％以上的混合氧化物。由于浸出液中的铝含量仍然较高，在后续的碱中和的过程中，稀土容易共沉淀，导致稀土的严重损失。另一方面还会造成氨氮污染，水体富营养化，严重地破坏矿区附近的生态系统。若使用草酸进行沉淀，则容易形成可溶于水的Al(C2O4)
+
络合物，大大增加草酸的消耗量，降低铝的沉淀率。溶剂萃取在连续操作、高处理量、更好分离性能的优势使其通常用于工业上对于稀土的大规模生产。然而，例如P507和环烷酸及其皂化物在萃取后Al和其他一些杂质金属如Fe、Si会导致严重的乳化现象，影响后续的流程并增加生产成本。萃取剂、料液体系和稀释剂等条件的不同也会导致萃取机制和萃取效果的差异，并且部分RE也会和铝共萃取至有机相。加入一定量的氨水能够改善25％(v/v)环烷酸在氯化体系分离铝和稀土的效果，铝几乎被全部去除，但稀土损失量也超过了15％，料液中铝含量高时在两相中间明显出现第三相。
[0004]离子液体(IL)是一种由阴离子和阳离子组成的熔点通常低于100℃的室温熔融盐。在其阴离子或者阳离子中加入官能团后称为功能化离子液体(FILs)，可以作为稀释剂或者萃取剂应用于物质的分离和纯化。作为稀释剂，与传统有机稀释剂如煤油相比，离子液体几乎不挥发不可燃，这避免了溶剂挥发的损失，减少对环境的污染的同时还增加了安全性，另外还能够改善萃取效率和选择性。与工业常用的有机萃取剂相比，除了上述的优势特性外，ILs由于其结构可设计性和高选择性等优点被广泛认为是一种更加绿色环保和可持续的萃取剂。能够通过改变和调整阴阳离子的结构来达到预定的效果和性能。

技术实现思路

[0005]为改善上述技术问题，本专利技术提供了一种式I所示的功能离子液体，所述离子液体的阳离子为疏水性咪唑鎓自由基，阴离子为具有长碳链的甘氨酸自由基。
[0006][0007]其中，R1选自C1‑
40
烷基；
[0008]R2选自C1‑
40
烷基、C1‑
40
烷基C(＝O)C1‑
40
亚烷基；
[0009]R3、R4相同或不同，彼此独立地选自H或C1‑
40
烷基；且R3、R4不同时为H。
[0010]根据本专利技术的实施方案，R1选自C4‑
20
烷基；例如C4‑
12
烷基、C8烷基；如正丁基。
[0011]根据本专利技术的实施方案，R2选自C4‑
20
烷基C(＝O)C1‑
10
亚烷基；例如C4‑
12
烷基C(＝O)C1‑8亚烷基、C4‑8烷基C(＝O)C1‑3亚烷基；如C(CH3)3C(＝O)CH2‑
。
[0012]根据本专利技术的实施方案，R3、R4相同或不同，彼此独立地选自C4‑
20
烷基；例如C4‑
20
烷基、C6‑
12
烷基、C8烷基；如2
‑
乙基己基。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述离子液体结构如式II所示，记为[DOC4mim][DEHG]，阳离子为1
‑
丁基
‑3‑
(3,3
‑
二甲基
‑2‑
氧代丁基)
‑
1H
‑
咪唑
‑3‑
鎓离子自由基，阴离子为双(2
‑
乙基己基)甘氨酸自由基；
[0014][0015]本专利技术还提供了所述离子液体的制备方法，包括如下步骤：化合物I
‑
1与化合物I
‑
2反应得到式I所示的离子液体；
[0016][0017]其中，R1、R2、R3、R4独立地具有上文所述的定义；X选自阴离子，例如卤素阴离子，如Cl、Br或I。
[0018]本专利技术还提供所述离子液体作为萃取剂的应用。
[0019]本专利技术还提供所述离子液体在稀土矿除杂中的应用，例如用于稀土矿除铝。
[0020]本专利技术还提供一种稀土矿中除杂的方法，包括将所述离子液体与稀土矿浸出液接触。
[0021]根据本专利技术的实施方案，所述方法中还可以加入盐析剂，例如Na2SO4；
[0022]根据本专利技术的实施方案，所述方法中稀土矿浸出液的pH优选为3
‑
4；
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述方法中离子液体在有机相中的浓度为30mmol/L～45mmol/L，例如35mmol/L～43mmol/L，优选40～42.5mmol/L。
[0024]根据本专利技术的实施方案，所述方法中还包括反萃的步骤，优选使用NaOH溶液进行反萃或者先使用HCl溶液进行反萃再使用NaOH溶液再生。
[0025]有益效果
[0026]本专利技术提供了一种功能离子液体，其阳离子为疏水性咪唑鎓自由基，阴离子为具有长碳链的甘氨酸自由基。该离子液体作为萃取剂具有较高的负载量，能够有效提高稀土矿中的铝等元素的去除率，降低稀土的损失率，具有较好的循环使用性能和分离系数。
附图说明
[0027]图1DOC4mimCl的红外光谱。
[0028]图2DEHG的红外光谱。
[0029]图3[DOC4mim][DEHG]的红外光谱。
[0030]图4[DOC4mim][DEHG]对Al的负载容量曲线。
[0031]图5[DOC4mim][DEHG]浓度对萃取结果的影响。
[0032]图6[DOC4mim][DEHG]的循环利用。
[0033]图7[DOC4mim][DEHG]与与皂化环烷酸的分层现象对比以及对各种元素的萃取率比较。
[0034]图8[DOC4mim][DEHG]与皂化环烷酸对RE和Al的萃取率比较。
[0035]术语定义与说明
[0036]除非另有说明，本申请说明书和权利要求书中记载的基团和术语定义，包括其作为实例的定义、示例性的定义、优选的定义、表格中记载的定义、实施例中具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种式I所示的功能离子液体：其中，R1选自C1‑
40
烷基；R2选自C1‑
40
烷基、C1‑
40
烷基C(＝O)C1‑
40
亚烷基；R3、R4相同或不同，彼此独立地选自H或C1‑
40
烷基；且R3、R4不同时为H。2.根据权利要求1所述的离子液体，其特征在于，R1选自C4‑
20
烷基；例如C4‑
12
烷基、C8烷基；如正丁基。3.根据权利要求1或2所述的离子液体，其特征在于，R2选自C4‑
20
烷基C(＝O)C1‑
10
亚烷基；例如C4‑
12
烷基C(＝O)C1‑8亚烷基、C4‑8烷基C(＝O)C1‑3亚烷基；如C(CH3)3C(＝O)CH2‑
。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的离子液体，其特征在于，R3、R4相同或不同，彼此独立地选自C4‑
20
烷基；例如C4‑
20
烷基、C6‑
12
烷基、C8烷基；如2
‑
乙基己基。5.根据权利要求1
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓琦，曾志远，高云，刘晨浩，
申请(专利权)人：厦门稀土材料研究所，
类型：发明
国别省市：