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(jīng)高爐冶煉、轉(zhuǎn)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(zhàn)略資源也是劇毒的環(huán)境污染物，對其資源化處理具有重大的經(jīng)濟、環(huán)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(zhì)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(chǎn)品純度低，耗酸量大；離子交換法周期長、再生產(chǎn)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(wěn)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(xiàn)實意義。

離子液體是指在室溫或接近室溫下呈現(xiàn)液態(tài)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(fā)、不可燃、導(dǎo)電性強、對許多物質(zhì)有良好的溶解性，易與產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)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(zhì)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(yīng)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(chǎn)）；YRE-5299旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（鞏義市予華儀器有限公司產(chǎn)）。

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(yīng)器中磁力攪拌回流反應(yīng)1 h，設(shè)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(chǎn)物中加入四氟硼酸鈉（0.33 mol），水50 mL，繼續(xù)反應(yīng)40 min，設(shè)定溫度不變[7-9]。得到的最終產(chǎn)物1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體（化合物 2）經(jīng)冷卻、洗滌、抽濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(shè)定時間后，經(jīng)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(jù)式（1）計算釩的萃取率[10]。

萃取率用E表示：

2 結(jié)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(huán)的C-H振動吸收峰；2930、2860是咪唑環(huán)側(cè)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(huán)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(chǎn)物的紅外光譜圖

2.2 萃取結(jié)果分析

由處理所得的數(shù)據(jù)可知，萃取率為77%，在常規(guī)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(jié) 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(jīng)傅立葉紅外光譜圖驗證，所得產(chǎn)物為目標產(chǎn)物。

在常規(guī)條件下，將所得到的最終產(chǎn)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(shù)據(jù)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(jīng)改進萃取條件后可進一步用于釩鐵礦的分離研究中。

［1］蔣霖. 釩鉻溶液中釩鉻提取及分離工藝研究進展[J].山東化工,2014,35(6).

［2］李娟. 咪唑類離子液體性質(zhì)、制備及應(yīng)用的研究進展[J].山東化工,2009,38(5).

［3］章靖,祝艷琳,李萬博等.烷基咪唑類離子液體的合成及其性質(zhì)[J].南京工業(yè)大學學報(自然科學版),2008,30(04).

［4］張沖,房旭彬,田丹碧. 微波法合成離子液體 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽的研究[J].化學試劑,2007,29(2):72-74.

［5］楊明娣,陳廣美.微波輻射下一步法合成1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸離子液體[J].應(yīng)用化工, 2010,39(8).

［6］王平,徐群,騰英華.溴化1-辛基-3-甲基咪唑離子液體的制備[J].化工時刊,2010,24(4).

［7］李宏宇,王博,劉樹明.烷基膦酸功能型離子液體合成、表征及對鈾(Ⅵ)的萃取性能[J].高等學?；瘜W學報,2015,04: 665-671.

［8］張德超,張麗鵬,于先進等. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體合成與表征[J].化學時刊,2012,26(2).

［9］吳雅睿.離子液體[Omim]PF6的合成及微博萃取苯胺的研究[J].水處理技術(shù),2014,40(9).

［10］中華人民共和國國家標準 GB/T223.13-2000. 硫酸亞鐵銨滴定法測定鐵含量.

［11］盧南, 黃華, 程興，等. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽離子液體合成與表征[J].應(yīng)用化工, 2013, 42(5).