2024年3月7日发(作者:利思涵)
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第29卷第4期 2007年11月 核化学 与 放射化学 Vo1.29 No.4 NOV.2007 ochemistry Journa1 of Nuclear and Radi文章编号:O253—995O(2oo7)O4一O2O4一O6 二环己基一18一冠一6对锶的萃取 杨永青,万俊生,马 燕,潘孝兵,唐秀欢,肖 艳 西北核技术研究所,陕西西安710024 摘要:为了解二环己基一18一冠一6(DCH18C6)在酸性介质中对锶的萃取行为,考察了DCH18C6的浓度、不同酸介 质、不同稀释剂、硝酸浓度对锶分配比的影响。结果表明,该萃取体系在硝酸介质中能够有效的萃取锶,当 DCH18C6浓度为0.1 mol/L时,萃取率高于92 ,用去离子水反萃时,反萃率可达100 。采用双对数斜率法 确定了DCH18C6萃取锶的萃合物组成,当c(DCH18C6)<8 mmol/L时,DCH18C6同锶萃合物的组成为1:2 应占主要份额。当c(DCH18C6)≥8 mmol/L时,此时DCH18C6同锶萃合物的组成为1:1应占主要份额。 关键词:二环己基-18-冠-6;锶;萃取 中图分类号:0614.62 文献标识码:A Extraction of Strontium With Dicyclohexyl・・1 8・・Crown。-6 YANG Yong—qing,WAN J un~sheng,MA Yan,PAN Xiao—bing,TANG Xiu—huan,XIAO Yan Northwest Institute of Nuclear Technology,Xi’an 710024,China Abstract:The extraction of strontium with dicyclohexyl一18-crown一6(DCH18C6)from acidic SO— lution was studied.The influence of the concentration of DCH 1 8C6,different acids,different diluents,and the concentration of nitric acid was examined.The results show that Sr。 can be efficiently extracted by DCH18C6 dissolved in 1,1,2,2-tetrachloroethane from a nitric acid SO— lution.The extraction percentage of Sr抖by 0.1 mol/L DHC18C6 is found to be higher than 92%.The extracted Sr抖can be easily stripped with deionized water.Nearly 100 recovery of Sr is achieved by three times of such stripping.The stoichiometric ratio of Sr to DCH 1 8C6 in the extracted complexes was studied by plotting the logarithm of distribution ratio of Sr against the logarithm of the concentration of DCH 1 8C6 in organic phase.From the slopes of the obtained curve it can be deduced that the stoichiometric ratio of Sr抖to DCH 1 8C6 of the major extracted species is 2:1 when c(DCH18C6)<8 mmol/L,and 1:1 when c(DCH18C6)≥8 mmol/L. Key words:dicyclohexyl一1 8一crown一6;strontium;extraction 环境样品中的如Sr是环境监测、放射生态学 等研究领域关注的热点之一。广泛使用的∞Sr的 因此,改进目前如Sr的分离流程具有重要的意义。 冠醚二环己基一18一冠一6(DCH18C6)及其衍生物因 其空穴尺寸和锶离子直径较为匹配而受到关注。 FilippovE1 首先研究了用DCH18C6一二氯己烷从 分离方法如离子色谱法、萃取色层法等分离流程 较为繁琐,不适于大量环境样品的快速分离要求, 收稿日期:2007—01—17;修订日期:2007—08—06 作者简介:杨永青(1983一),男,陕西渭南人,硕士研究生,从事放射生态学相关研究。
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第4期 杨永青等:二环己基一18一冠一6对锶的萃取 205 硝酸介质中萃取Sr(NO。) ,国外还研究了在不同 条件下DCH18C6萃取锶L2≈],何龙海等L9。 采用 辛醇一[2]和正辛醇作稀释剂,系统研究了 DCH18C6从高放废液中去除∞Sr,同时考察了水 相阳离子如Fe抖,A1抖,Na 对锶的萃取影响,并 进行了萃取工艺流程的研究n 。杨群等[13-14]用 同位素示踪法研究了硝酸介质中DCH18C6对锶 的萃取。Yakshin等L1 建立了二苯并一21一冠一7和 DCH18C6共萃取锶的方法。Tormos等L】 将 DCH18C6萃取∞Sr应用于土壤和植物样品中实 际分析。本工作拟研究DCH18C6萃取模拟环境 样品酸浸取锶溶液的行为,探讨各种条件对锶萃 取分离的影响,为建立环境样品中∞Sr的放化分 析方法提供依据。 1 实验部分 1.1试剂和仪器 1.1.1 试剂 二环己基一18一冠一6(DCH18C6) (cis—dicycloheyl一18一crown-6),美国ACROS公司 产品或清华大学核能技术设计研究院产品,分子 式c 。H。 O ;氯化锶,高氯酸,1,1,2,2一四氯乙 烷,1,2-二氯乙烷,三氯甲烷,二氯甲烷,四氯化 碳,辛醇,丁醇,硝基苯及实验中所用其它试剂均 为市售分析纯;水为去离子水。 1.1.2仪器 VISTA-MPX型电感耦合等离子 体发射光谱仪(ICP—AES),美国Varian公司产 品。 1.2 实验方法 实验在梨形分液漏斗中进行。萃取过程中相 比(O/A)为1:5,振荡时间为5 rain,实验温度保 持在(25±2)oC,待分相后,水相锶浓度用ICP— AES测量,有机相中锶浓度用差减法求得,并计 算分配比D(Sr)。有机相经去离子水反萃3次, 反萃过程中相比(O/A)为1:1,振荡时间为5 arin,反萃液锶浓度用ICP—AES测量。 2结果和讨论 2.1 DCH18C6浓度对锶萃取的影响及萃合物组 成的测定 考察了水相为1.0 mol/L硝酸介质、锶的质 量浓度为0.035 6 g/L时,1,1,2,2一四氯乙烷稀释 剂中DCH18C6浓度对锶萃取率的影响。结果示 于图1。 从图1可以看出,D(Sr)随着DCH18C6浓度 图1 DCH18C6浓度对锶分配比的影响 Fig.1 Dependence of distribution ratios of strontium on the concentration of DCH 1 8C6 有机相(Organic phase),DCH18C6 1,1,2,2一 四氯乙烷(Tetrachloroethane); 水相(Aqueous phase), f(HNOa)一1.0 mol/L,p(Sr )=0.035 6 g/L 的增大而增大,因此可以确定,当溶液中锶质量浓 度小于0.035 6 g/L时,比较合适的DCH18C6萃 取浓度应在0.1 mol/L以上,一次萃取率高于 92 (由D(Sr)计算得出)。本研究结果与文献 [1O,14]的结果符合。当f(DCH18C6)< 8 mmol/L时,lgD(Sr)一lgc(DCH18C6)作图得一 直线,,-一0.985 1,斜率等于0.518,DCH18C6同 锶萃合物的组成为1:2应占主要份额,即 2Sr(NO。) ・DCH18C6为主要成分。当 f(DCH18C6)≥8 mmol/I 时,lnD(Sr)一 lnf(DcH18C6)作图得一直线,,-一0。997 9,斜率 等于0.998,此时DCH18C6同锶萃合物的组成为 1:1应占主要份额,即Sr(NO。) ・DCH18C6为 主要成分。 本实验结果同文献[9,13]中的报道不同,文 献[9]在辛醇一[2]体系中维持硝酸浓度为1.0 mol/L,以DCH18C6萃取锶得到萃合物的组成 为1:2;而文献[-13]固定水相酸度2.2 mol/L,水 相锶浓度0.5 mmol/L时,以DCH18C6—1,1,2,2一 四氯乙烷萃取锶得到萃合物的组成为1:1,不同 的原因可能在于这些文献中选取的实验条件不 同。 2.2酸介质对锶萃取的影响 当DCH18C6浓度为0.1 mol/I 锶的质量 浓度为0.035 6 g/L时,研究了不同的酸介质对 DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系萃取锶的影响, 结果列入表1。
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206 核化学与放射化学 第29卷 表1酸介质对DCHI8C6萃取锶分配比的影响 Table 1 Dependence of distribution ratios of strontium on different acids 酸(Acids) D(Sr) 1.0 mol/L HNO3 85.3 1.0 mol/L HCl l_7 1.0 mol/L H2SO4 3.5 1.0 mol/L HC1O4 lJ 2 1.0 mol/L HNO3+l_0 mol/L HCl 45.0 ( (HNO3): (HC1)=1:3) 注(Note):有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6—1, 1,2,2一四氯乙烷(Tetrachloroethane);水相(Aqueous phase), p(Sr )一O.035 6 g/L 从表1可知,水相溶液为硝酸介质时,锶的分 配比最高,其次为硝酸与盐酸的混合酸介质。同 时可以看出,因为盐酸介质本身锶的分配比很低, 硝酸与盐酸的混合酸介质具有较高分配比也主要 是因为硝酸存在。所以,硝酸是DCH18C6萃取 锶最适合的酸介质。 2.3硝酸浓度对锶萃取的影响 固定DCH18C6浓度,硝酸浓度对萃取锶的 影响结果示于图2。从图2可见,硝酸浓度对 D(Sr)的影响是一条带有峰值的线,当 C(HNO )<1.0 mol/L时,DcH18C6萃取锶的 分配比随着硝酸浓度的增加而增大;当c(HNO。) 介于1.0~2.0 mol/L时,D(Sr)处于峰值;当 c(HNO。)>2.0 mol/L时,分配比随着硝酸浓度 的增加而逐渐减小。该现象与文献[13—14]研究 结果一致,文献[13]认为分配比极大值应出现在 硝酸浓度为1.4 mol/L时。 硝酸浓度影响锶分配比和萃取率的主要原因 可能有2个方面:盐析作用和排挤作用。当 HNO。浓度较低时(<2.0 mol/L),HNO。可以 提供NOs阴离子,产生同离子效应,促进锶的萃 取。一般采用的盐析剂是不被萃取的,但HNOs 不同,当HNO。浓度较高时(>2.0 mol/L),它本 身可以被DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系萃 取,这样可能由于HNO。和DCH18C6络合,进 一步减少了自由DCH18C6分子数,而产生了对 锶萃取的竞争或排挤作用,因此锶的分配比随 HNO。浓度升高而下降。 图2硝酸浓度对DCH18C6萃取锶分配比的影响 Fig.2 Dependence of distribution ratios of strontium on the concentration of HN0 有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6— 1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachlor0ethane); 水相(Aqueous phase),p(Sr )一0.035 6 g/L 2.4不同稀释剂对锶萃取的影响 以1,1,2,2一四氯乙烷体系为参照,比较 DCH18C6在不同稀释剂中对锶萃取的影响,结 果列于表2。 从表2可见,在极性适当的卤代烃稀释剂中, 1,1,2,2一四氯乙烷作稀释剂时,其萃取效果最好; 而在非极性溶剂四氯化碳中,DCH18C6对锶几 乎没有萃取。DCH18C6在其他非卤代烃极性稀 释剂中也可以萃取锶,但是分配比与萃取率均较 低。DCH18C6在各稀释剂中分配比大小顺序 为:1,1,2,2一四氯乙烷>二氯甲烷>三氯甲烷> 1,2一二氯乙烷>硝基苯>丁醇>辛醇。冠醚萃合 物属于离子缔合型萃合物,具有一定的极性,在极 性相似溶剂中的溶解性比非极性溶剂中要好,因 此,DCH18C6在极性适当的卤代烃稀释剂中对 锶的萃取效果较好。 2.5反萃剂对锶的反萃 选取去离子水和不同浓度的硝酸溶液作反萃 剂,比较其反萃率E 。实验的萃取条件为:0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系,水相 为1.0 mol/L硝酸,相比(O/A)为1:5;反萃条 件相比(O/A)为1:1。实验结果列于表3。 从表3可见,采用去离子水经过3次反萃,可 以100 反萃出有机相中的锶。随着反萃剂中硝 酸浓度的增加,反萃率逐渐降低,不能完全反萃出 有机相中的锶。去离子水具有最佳的反萃效果。 为了进一步了解DCH18C6浓度对反萃性能
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第4期 杨永青等:二环己基一18-冠一6对锶的萃取 207 的影响,实验选取去离子水为反萃剂,相比(O/A) 为1:1。实验结果示于图3。从图3可知,第1 因是随DCH18C6浓度增加,有机相萃取了水相 中一定的硝酸,在反萃时,反萃液首先将有机相中 的硝酸反萃出,当反萃液中酸度增加到一定程度 后,逐渐抑制了反萃液的反萃性能。通过测定第 1次反萃后水相的pH值(结果列于表4),验证了 上述推测。 次反萃率(1st)随着DCH18C6浓度的增加而迅 速增大,当DCH18C6浓度达到0.02 mol/L后, 反萃率随DCH18C6浓度的增加而减小。而第2 次(2nd)、第3次(3rd)的反萃率都是随冠醚浓度 的增加而增大。第1次反萃率如此变化可能的原 表2不同稀释剂对于DCH18C6萃取锶分配比的影响 Table 2 Dependence of distribution ratios of strontium on different extractants ∞ ∞∞∞如 注(Notes):有机相(Organic phase),0.1 mol/LDCH18C6;水相(Aqueous phase),f(HNO3)=1.0mol/I ,P(Sr )=0.035 6 g/L 表3 DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系锶的反萃性能 Table 3 The reextraction of DCH18C6— 1,1,2,2一tetrachloroethane system \一 ∽ 图3 DCH18C6浓度对反萃率E 的影响 Fig.3 Dependence of chemical recovery of strontium on the concentration of DCH18C6 萃取(Extraction):有机相(Organic phase), 0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2-四氯乙烷 (Tetrachl0r0ethane);水相(Aqueous phase), 注(Notes):有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6— f(HNO3)=1.0 mol/L,P(Sr )=0.035 6 g/i ; 1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachloroethane);水相(Aqueous phase), 反萃(Stripping):去离子水(Deionized water) f(HNO3)=1.0 mol/L,P(Sr )=0.035 6 g/L 1——1 st.2——2 nd.3——3 rd
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208 核化学与放射化学 第29卷 从表4可见,随着DCH18C6浓度的增加,第 1次反萃后水相的pH值从大变小,进而影响了 反萃性能。当第2次、第3次反萃时,由于第1次 去离子水的反萃,有机相中基本没有反萃后残余 的硝酸,所以第2、3次反萃液没有因反萃到硝酸 而改变酸度,因此对反萃性能影响不大。 进一步研究了在稀释剂1,1,2,2一四氯乙烷 中DCH18C6对硝酸萃取的影响。结果示于图4。 从图4可看出,D(H )随着DCHI8C6浓度 的增加而逐渐增加,且呈现较好的线性关系(r一 0.998 3),因此,在1,1,2,2一四氯乙烷体系中,当 DCH18C6浓度足够高时,其对硝酸具有一定的 萃取能力。 表4第1次反萃后水相中的pH值 Table 4 pH value of aqueous phases after the first reextraction f(IX2H18C6)/ f(IX2H18C6)/ (mo1.L一 ) pH (mo1.L一 ) pH 0.001 2.60土0.02 0.04 1.75土0.04 0.002 2.66土0.14 0.06 1.57土0.01 0.01 2.28土0.02 0.08 1.42土0.01 0.02 2.14土0.09 0.1 1.34土0.01 图4 DCH18C6浓度与硝酸分配比的关系 Fig.4 Relation between D(H ) and the concentration of DCH18C6 有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachloroethane); 水相(Aqueous phase),f(HNO3)=1.0 mol/L, p(Sr )=0.035 6 g/L 3 结 论 (1)在DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷萃取体 系中,D(Sr)随着DCH18C6浓度的增加而增大, 比较合适的DCH18C6萃取浓度应在0.1 mol/L 以上,一次萃取率高于92 。 (2) 对分配比的测量表明,当 c(DCH18C6)<8 mmol/L时,DCH18C6同锶萃 合物的组成为1:2应占主要份额。当 c(DCH18C6)≥8 mmol/I 时,此时DCH18C6同 锶萃合物的组成为1:1应占主要份额。 (3)最适合DCH18C6萃取的酸介质为硝 酸,水相最适合的硝酸浓度为1~2 mol/L。 (4)在极性卤代烃稀释剂中,DCH18C6较易 萃取锶,以1,1,2,2一四氯乙烷萃取效果最佳。 (5)采用去离子水具有很好的反萃效果,经 过3次反萃,总反萃率可达100 9/6。 (6)在1,1,2,2一四氯乙烷体系中,当 DCH18C6浓度足够高时,其对硝酸具有一定的 萃取能力。 参考文献: El3 Filippov E A,Yashkin V V,Aboshkin V M.Ex- traction of Alkaline-Earth Metal From Nitric Solu— tions With Crown—Ether Dicyclohexy-1 8一Crown-6 [J].Radiokhimiya,1982,24:214—216. [2] Blasius E,Klein W,Schon U.Separation of Stron— tium From Nuclear Waste Solutions by Solvent Ex— traction with Crown Ethers[J].J Radioanal Nucl Chem,1985,89(2):389—398. [3]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.Correlation of the Extraction of Strontium Nitrate by a Crown Ether With the Water Content of the 0rganic Phase [J].SOlv Extr Ion Exch,1990,8(1):199—208. [4]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.Extraction of Strontium From Nitric Acid Solutions Using Dicy— clohexano-18一Crown-6 and Its Derivatives[-J].Solv Extr Ion Exch,1990,8:557. r5]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.A New Process for the Extraction and Recovery of Stronti— um From Acidic Nuclear Waste Streams[J].Solv Extr Ion Exch,1991,9(1):1—25.
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第4期 杨永青等:二环己基一18一冠一6对锶的萃取 一专~~利一. .●}◆._◆1. 209 [6]Horwitz E P,Dietz M L,Rajkovich S B,et a1.The Application of Novel Extraction Chromatographic Materials to the Reduction and Removal of Radionu— [11]何龙海,翁锡瑁,杨大住,等.冠醚萃取法从高放废 液中去除锶Ⅲ,二环己基18冠醚6一辛醇一[2]对锶的 !.....! 萃取[J].核化学与放射化学,1994,16(1):18—22. elides From Waste Solutions[J].Radioact Radio— chem,1991,2:12. [12]何龙海,翁锡瑁,杨大住,等.冠醚萃取法从高放废 液中去除锶,工艺流程研究[J].核科学与工程, 1995,15(3):259. [7]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.Separation and Preconcentration of Strontium From Biological Envionmental,and Nuclear Waste Samples by Ex— [13]杨群,韩延德,刘大鸣.硝酸介质中冠醚萃取Sr 的研究[J].环境科学与技术,1996,1:7-9. [14]杨群,韩延德,刘大鸣.冠醚萃取模拟高放废液中 traction Chromatography Using a Crown Ether[J]. Anal Chem,1991,63:522. Sd 、Cs 的研究[J].核化学与放射化学,1990,18 (1):6l_64. [8]Amar K,Mohapatra P K,Pathak P N,et a1.Dicy— clohexano-1 8-Crown一6 in Butanol—Octanol Mixture: [15]Yakshin V V,Vilkova O M,Laskorin B N.Ex— tractive Separation of Radionuclides of Cesium and A Promising Extractant of Sr(1I)From Nitric Acid Medium[J].Talanta,1997,45:387—395. Strontium With Crown Ethers[J].Dokl Akad Nauk,1992,325:967. [9]何龙海,翁锡瑁,杨大住.冠醚萃取法从高放废液中 去除锶:中国核科技报告,CNIC-00744[R].北京: 原子能出版社,1993. [16]Tormos J,Jouve A,Revy D,et a1.A Rapid Method for Determining Strontium-90 in Contaminated Sam— [1O]何龙海,翁锡瑁,杨大住,等.冠醚萃取法从高放废 液中去除锶,冠醚萃取锶的化学研究[J].核科学与 工程,1994,14(4):350—356. pies of Soil and Plant[J].J Environ Radioactivity, 1995。27(3):193—206. 一种从优溶渣中分离富集铀、钍混合物和稀土的方法 【分类号1C22B3/00 【公开号]CN101012502 【公开日]2007.08.08 【申请日]2007.02.05 【申请号]200710019939.2 【申请人】扬州大学;金坛市西南化工研究所;常州华南化工有限公司 【文摘】本发明公开了一种从优溶渣中分离富集铀、钍混合物和稀土的方法,使用浸取液和萃取液在 同一超声波浸取萃取分离设备中对优溶渣进行浸取一萃取分离得萃取相、萃余相和不溶物固体,从而分 离出钍、铀的富集混合物、稀土混合物和不溶物固体。由于本发明采用了浸取一萃取耦合、超声强化分离 技术,只需1套浸取一萃取设备,缩短了工艺流程,简化了操作,改善了液一固浸取过程和液一液萃取过程, 提高了浸取和萃取的速率和效率。 摘自 中国专利数据库
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第29卷第4期 2007年11月 核化学 与 放射化学 Vo1.29 No.4 NOV.2007 ochemistry Journa1 of Nuclear and Radi文章编号:O253—995O(2oo7)O4一O2O4一O6 二环己基一18一冠一6对锶的萃取 杨永青,万俊生,马 燕,潘孝兵,唐秀欢,肖 艳 西北核技术研究所,陕西西安710024 摘要:为了解二环己基一18一冠一6(DCH18C6)在酸性介质中对锶的萃取行为,考察了DCH18C6的浓度、不同酸介 质、不同稀释剂、硝酸浓度对锶分配比的影响。结果表明,该萃取体系在硝酸介质中能够有效的萃取锶,当 DCH18C6浓度为0.1 mol/L时,萃取率高于92 ,用去离子水反萃时,反萃率可达100 。采用双对数斜率法 确定了DCH18C6萃取锶的萃合物组成,当c(DCH18C6)<8 mmol/L时,DCH18C6同锶萃合物的组成为1:2 应占主要份额。当c(DCH18C6)≥8 mmol/L时,此时DCH18C6同锶萃合物的组成为1:1应占主要份额。 关键词:二环己基-18-冠-6;锶;萃取 中图分类号:0614.62 文献标识码:A Extraction of Strontium With Dicyclohexyl・・1 8・・Crown。-6 YANG Yong—qing,WAN J un~sheng,MA Yan,PAN Xiao—bing,TANG Xiu—huan,XIAO Yan Northwest Institute of Nuclear Technology,Xi’an 710024,China Abstract:The extraction of strontium with dicyclohexyl一18-crown一6(DCH18C6)from acidic SO— lution was studied.The influence of the concentration of DCH 1 8C6,different acids,different diluents,and the concentration of nitric acid was examined.The results show that Sr。 can be efficiently extracted by DCH18C6 dissolved in 1,1,2,2-tetrachloroethane from a nitric acid SO— lution.The extraction percentage of Sr抖by 0.1 mol/L DHC18C6 is found to be higher than 92%.The extracted Sr抖can be easily stripped with deionized water.Nearly 100 recovery of Sr is achieved by three times of such stripping.The stoichiometric ratio of Sr to DCH 1 8C6 in the extracted complexes was studied by plotting the logarithm of distribution ratio of Sr against the logarithm of the concentration of DCH 1 8C6 in organic phase.From the slopes of the obtained curve it can be deduced that the stoichiometric ratio of Sr抖to DCH 1 8C6 of the major extracted species is 2:1 when c(DCH18C6)<8 mmol/L,and 1:1 when c(DCH18C6)≥8 mmol/L. Key words:dicyclohexyl一1 8一crown一6;strontium;extraction 环境样品中的如Sr是环境监测、放射生态学 等研究领域关注的热点之一。广泛使用的∞Sr的 因此,改进目前如Sr的分离流程具有重要的意义。 冠醚二环己基一18一冠一6(DCH18C6)及其衍生物因 其空穴尺寸和锶离子直径较为匹配而受到关注。 FilippovE1 首先研究了用DCH18C6一二氯己烷从 分离方法如离子色谱法、萃取色层法等分离流程 较为繁琐,不适于大量环境样品的快速分离要求, 收稿日期:2007—01—17;修订日期:2007—08—06 作者简介:杨永青(1983一),男,陕西渭南人,硕士研究生,从事放射生态学相关研究。
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第4期 杨永青等:二环己基一18一冠一6对锶的萃取 205 硝酸介质中萃取Sr(NO。) ,国外还研究了在不同 条件下DCH18C6萃取锶L2≈],何龙海等L9。 采用 辛醇一[2]和正辛醇作稀释剂,系统研究了 DCH18C6从高放废液中去除∞Sr,同时考察了水 相阳离子如Fe抖,A1抖,Na 对锶的萃取影响,并 进行了萃取工艺流程的研究n 。杨群等[13-14]用 同位素示踪法研究了硝酸介质中DCH18C6对锶 的萃取。Yakshin等L1 建立了二苯并一21一冠一7和 DCH18C6共萃取锶的方法。Tormos等L】 将 DCH18C6萃取∞Sr应用于土壤和植物样品中实 际分析。本工作拟研究DCH18C6萃取模拟环境 样品酸浸取锶溶液的行为,探讨各种条件对锶萃 取分离的影响,为建立环境样品中∞Sr的放化分 析方法提供依据。 1 实验部分 1.1试剂和仪器 1.1.1 试剂 二环己基一18一冠一6(DCH18C6) (cis—dicycloheyl一18一crown-6),美国ACROS公司 产品或清华大学核能技术设计研究院产品,分子 式c 。H。 O ;氯化锶,高氯酸,1,1,2,2一四氯乙 烷,1,2-二氯乙烷,三氯甲烷,二氯甲烷,四氯化 碳,辛醇,丁醇,硝基苯及实验中所用其它试剂均 为市售分析纯;水为去离子水。 1.1.2仪器 VISTA-MPX型电感耦合等离子 体发射光谱仪(ICP—AES),美国Varian公司产 品。 1.2 实验方法 实验在梨形分液漏斗中进行。萃取过程中相 比(O/A)为1:5,振荡时间为5 rain,实验温度保 持在(25±2)oC,待分相后,水相锶浓度用ICP— AES测量,有机相中锶浓度用差减法求得,并计 算分配比D(Sr)。有机相经去离子水反萃3次, 反萃过程中相比(O/A)为1:1,振荡时间为5 arin,反萃液锶浓度用ICP—AES测量。 2结果和讨论 2.1 DCH18C6浓度对锶萃取的影响及萃合物组 成的测定 考察了水相为1.0 mol/L硝酸介质、锶的质 量浓度为0.035 6 g/L时,1,1,2,2一四氯乙烷稀释 剂中DCH18C6浓度对锶萃取率的影响。结果示 于图1。 从图1可以看出,D(Sr)随着DCH18C6浓度 图1 DCH18C6浓度对锶分配比的影响 Fig.1 Dependence of distribution ratios of strontium on the concentration of DCH 1 8C6 有机相(Organic phase),DCH18C6 1,1,2,2一 四氯乙烷(Tetrachloroethane); 水相(Aqueous phase), f(HNOa)一1.0 mol/L,p(Sr )=0.035 6 g/L 的增大而增大,因此可以确定,当溶液中锶质量浓 度小于0.035 6 g/L时,比较合适的DCH18C6萃 取浓度应在0.1 mol/L以上,一次萃取率高于 92 (由D(Sr)计算得出)。本研究结果与文献 [1O,14]的结果符合。当f(DCH18C6)< 8 mmol/L时,lgD(Sr)一lgc(DCH18C6)作图得一 直线,,-一0.985 1,斜率等于0.518,DCH18C6同 锶萃合物的组成为1:2应占主要份额,即 2Sr(NO。) ・DCH18C6为主要成分。当 f(DCH18C6)≥8 mmol/I 时,lnD(Sr)一 lnf(DcH18C6)作图得一直线,,-一0。997 9,斜率 等于0.998,此时DCH18C6同锶萃合物的组成为 1:1应占主要份额,即Sr(NO。) ・DCH18C6为 主要成分。 本实验结果同文献[9,13]中的报道不同,文 献[9]在辛醇一[2]体系中维持硝酸浓度为1.0 mol/L,以DCH18C6萃取锶得到萃合物的组成 为1:2;而文献[-13]固定水相酸度2.2 mol/L,水 相锶浓度0.5 mmol/L时,以DCH18C6—1,1,2,2一 四氯乙烷萃取锶得到萃合物的组成为1:1,不同 的原因可能在于这些文献中选取的实验条件不 同。 2.2酸介质对锶萃取的影响 当DCH18C6浓度为0.1 mol/I 锶的质量 浓度为0.035 6 g/L时,研究了不同的酸介质对 DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系萃取锶的影响, 结果列入表1。
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206 核化学与放射化学 第29卷 表1酸介质对DCHI8C6萃取锶分配比的影响 Table 1 Dependence of distribution ratios of strontium on different acids 酸(Acids) D(Sr) 1.0 mol/L HNO3 85.3 1.0 mol/L HCl l_7 1.0 mol/L H2SO4 3.5 1.0 mol/L HC1O4 lJ 2 1.0 mol/L HNO3+l_0 mol/L HCl 45.0 ( (HNO3): (HC1)=1:3) 注(Note):有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6—1, 1,2,2一四氯乙烷(Tetrachloroethane);水相(Aqueous phase), p(Sr )一O.035 6 g/L 从表1可知,水相溶液为硝酸介质时,锶的分 配比最高,其次为硝酸与盐酸的混合酸介质。同 时可以看出,因为盐酸介质本身锶的分配比很低, 硝酸与盐酸的混合酸介质具有较高分配比也主要 是因为硝酸存在。所以,硝酸是DCH18C6萃取 锶最适合的酸介质。 2.3硝酸浓度对锶萃取的影响 固定DCH18C6浓度,硝酸浓度对萃取锶的 影响结果示于图2。从图2可见,硝酸浓度对 D(Sr)的影响是一条带有峰值的线,当 C(HNO )<1.0 mol/L时,DcH18C6萃取锶的 分配比随着硝酸浓度的增加而增大;当c(HNO。) 介于1.0~2.0 mol/L时,D(Sr)处于峰值;当 c(HNO。)>2.0 mol/L时,分配比随着硝酸浓度 的增加而逐渐减小。该现象与文献[13—14]研究 结果一致,文献[13]认为分配比极大值应出现在 硝酸浓度为1.4 mol/L时。 硝酸浓度影响锶分配比和萃取率的主要原因 可能有2个方面:盐析作用和排挤作用。当 HNO。浓度较低时(<2.0 mol/L),HNO。可以 提供NOs阴离子,产生同离子效应,促进锶的萃 取。一般采用的盐析剂是不被萃取的,但HNOs 不同,当HNO。浓度较高时(>2.0 mol/L),它本 身可以被DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系萃 取,这样可能由于HNO。和DCH18C6络合,进 一步减少了自由DCH18C6分子数,而产生了对 锶萃取的竞争或排挤作用,因此锶的分配比随 HNO。浓度升高而下降。 图2硝酸浓度对DCH18C6萃取锶分配比的影响 Fig.2 Dependence of distribution ratios of strontium on the concentration of HN0 有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6— 1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachlor0ethane); 水相(Aqueous phase),p(Sr )一0.035 6 g/L 2.4不同稀释剂对锶萃取的影响 以1,1,2,2一四氯乙烷体系为参照,比较 DCH18C6在不同稀释剂中对锶萃取的影响,结 果列于表2。 从表2可见,在极性适当的卤代烃稀释剂中, 1,1,2,2一四氯乙烷作稀释剂时,其萃取效果最好; 而在非极性溶剂四氯化碳中,DCH18C6对锶几 乎没有萃取。DCH18C6在其他非卤代烃极性稀 释剂中也可以萃取锶,但是分配比与萃取率均较 低。DCH18C6在各稀释剂中分配比大小顺序 为:1,1,2,2一四氯乙烷>二氯甲烷>三氯甲烷> 1,2一二氯乙烷>硝基苯>丁醇>辛醇。冠醚萃合 物属于离子缔合型萃合物,具有一定的极性,在极 性相似溶剂中的溶解性比非极性溶剂中要好,因 此,DCH18C6在极性适当的卤代烃稀释剂中对 锶的萃取效果较好。 2.5反萃剂对锶的反萃 选取去离子水和不同浓度的硝酸溶液作反萃 剂,比较其反萃率E 。实验的萃取条件为:0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系,水相 为1.0 mol/L硝酸,相比(O/A)为1:5;反萃条 件相比(O/A)为1:1。实验结果列于表3。 从表3可见,采用去离子水经过3次反萃,可 以100 反萃出有机相中的锶。随着反萃剂中硝 酸浓度的增加,反萃率逐渐降低,不能完全反萃出 有机相中的锶。去离子水具有最佳的反萃效果。 为了进一步了解DCH18C6浓度对反萃性能
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第4期 杨永青等:二环己基一18-冠一6对锶的萃取 207 的影响,实验选取去离子水为反萃剂,相比(O/A) 为1:1。实验结果示于图3。从图3可知,第1 因是随DCH18C6浓度增加,有机相萃取了水相 中一定的硝酸,在反萃时,反萃液首先将有机相中 的硝酸反萃出,当反萃液中酸度增加到一定程度 后,逐渐抑制了反萃液的反萃性能。通过测定第 1次反萃后水相的pH值(结果列于表4),验证了 上述推测。 次反萃率(1st)随着DCH18C6浓度的增加而迅 速增大,当DCH18C6浓度达到0.02 mol/L后, 反萃率随DCH18C6浓度的增加而减小。而第2 次(2nd)、第3次(3rd)的反萃率都是随冠醚浓度 的增加而增大。第1次反萃率如此变化可能的原 表2不同稀释剂对于DCH18C6萃取锶分配比的影响 Table 2 Dependence of distribution ratios of strontium on different extractants ∞ ∞∞∞如 注(Notes):有机相(Organic phase),0.1 mol/LDCH18C6;水相(Aqueous phase),f(HNO3)=1.0mol/I ,P(Sr )=0.035 6 g/L 表3 DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷体系锶的反萃性能 Table 3 The reextraction of DCH18C6— 1,1,2,2一tetrachloroethane system \一 ∽ 图3 DCH18C6浓度对反萃率E 的影响 Fig.3 Dependence of chemical recovery of strontium on the concentration of DCH18C6 萃取(Extraction):有机相(Organic phase), 0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2-四氯乙烷 (Tetrachl0r0ethane);水相(Aqueous phase), 注(Notes):有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6— f(HNO3)=1.0 mol/L,P(Sr )=0.035 6 g/i ; 1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachloroethane);水相(Aqueous phase), 反萃(Stripping):去离子水(Deionized water) f(HNO3)=1.0 mol/L,P(Sr )=0.035 6 g/L 1——1 st.2——2 nd.3——3 rd
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208 核化学与放射化学 第29卷 从表4可见,随着DCH18C6浓度的增加,第 1次反萃后水相的pH值从大变小,进而影响了 反萃性能。当第2次、第3次反萃时,由于第1次 去离子水的反萃,有机相中基本没有反萃后残余 的硝酸,所以第2、3次反萃液没有因反萃到硝酸 而改变酸度,因此对反萃性能影响不大。 进一步研究了在稀释剂1,1,2,2一四氯乙烷 中DCH18C6对硝酸萃取的影响。结果示于图4。 从图4可看出,D(H )随着DCHI8C6浓度 的增加而逐渐增加,且呈现较好的线性关系(r一 0.998 3),因此,在1,1,2,2一四氯乙烷体系中,当 DCH18C6浓度足够高时,其对硝酸具有一定的 萃取能力。 表4第1次反萃后水相中的pH值 Table 4 pH value of aqueous phases after the first reextraction f(IX2H18C6)/ f(IX2H18C6)/ (mo1.L一 ) pH (mo1.L一 ) pH 0.001 2.60土0.02 0.04 1.75土0.04 0.002 2.66土0.14 0.06 1.57土0.01 0.01 2.28土0.02 0.08 1.42土0.01 0.02 2.14土0.09 0.1 1.34土0.01 图4 DCH18C6浓度与硝酸分配比的关系 Fig.4 Relation between D(H ) and the concentration of DCH18C6 有机相(Organic phase),0.1 mol/L DCH18C6—1,1,2,2-四氯乙烷(Tetrachloroethane); 水相(Aqueous phase),f(HNO3)=1.0 mol/L, p(Sr )=0.035 6 g/L 3 结 论 (1)在DCH18C6—1,1,2,2一四氯乙烷萃取体 系中,D(Sr)随着DCH18C6浓度的增加而增大, 比较合适的DCH18C6萃取浓度应在0.1 mol/L 以上,一次萃取率高于92 。 (2) 对分配比的测量表明,当 c(DCH18C6)<8 mmol/L时,DCH18C6同锶萃 合物的组成为1:2应占主要份额。当 c(DCH18C6)≥8 mmol/I 时,此时DCH18C6同 锶萃合物的组成为1:1应占主要份额。 (3)最适合DCH18C6萃取的酸介质为硝 酸,水相最适合的硝酸浓度为1~2 mol/L。 (4)在极性卤代烃稀释剂中,DCH18C6较易 萃取锶,以1,1,2,2一四氯乙烷萃取效果最佳。 (5)采用去离子水具有很好的反萃效果,经 过3次反萃,总反萃率可达100 9/6。 (6)在1,1,2,2一四氯乙烷体系中,当 DCH18C6浓度足够高时,其对硝酸具有一定的 萃取能力。 参考文献: El3 Filippov E A,Yashkin V V,Aboshkin V M.Ex- traction of Alkaline-Earth Metal From Nitric Solu— tions With Crown—Ether Dicyclohexy-1 8一Crown-6 [J].Radiokhimiya,1982,24:214—216. [2] Blasius E,Klein W,Schon U.Separation of Stron— tium From Nuclear Waste Solutions by Solvent Ex— traction with Crown Ethers[J].J Radioanal Nucl Chem,1985,89(2):389—398. [3]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.Correlation of the Extraction of Strontium Nitrate by a Crown Ether With the Water Content of the 0rganic Phase [J].SOlv Extr Ion Exch,1990,8(1):199—208. [4]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.Extraction of Strontium From Nitric Acid Solutions Using Dicy— clohexano-18一Crown-6 and Its Derivatives[-J].Solv Extr Ion Exch,1990,8:557. r5]Horwitz E P,Dietz M L,Fisher D D.A New Process for the Extraction and Recovery of Stronti— um From Acidic Nuclear Waste Streams[J].Solv Extr Ion Exch,1991,9(1):1—25.
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