辛基甲基咪唑四氟硼酸盐的微波合成及对钒的萃取

杨力尧，李金阳，杨 艺，李 勇

（东北大学，辽宁 沈阳 110819）

钒钛磁铁矿经高炉冶炼、转炉提钒等工序得到含铬钒渣。废渣所含的钒、铬等金属元素是重要的战略资源也是剧毒的环境污染物，对其资源化处理具有重大的经济、环境和社会效益。钒铬渣的焙烧浸出液一般为强碱性，硅铝磷等杂质较多，钒铬分离难度极大。

目前主要有还原沉淀法、离子交换法、萃取分离法处理钒铬废渣[1]，但还原沉淀法产品纯度低，耗酸量大；离子交换法周期长、再生产生废水量大；对比之下，萃取法分离工艺简单，基本无二次污染，化学稳定性好，耗酸量小，抗氧化性好，萃钒效率高，可得到纯度较高的钒[1]。因此研究针对钒铬渣中钒铬分离的萃取分离体系具有重要理论和现实意义。

离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由有机阳离子和无机阴离子组成的低温熔融盐。阳离子主要以咪唑阳离子为主，阴离子有卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根等[2]。它具有不挥发、不可燃、导电性强、对许多物质有良好的溶解性，易与产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点[3]。因此以1-甲基咪唑和1-溴辛烷为原料，化学合成出阳离子为碳链烷基咪唑，阴离子为四氟硼酸根的离子液体。并利用离子液体对物质的强溶解性，将其作为钒铬渣中钒铬的分离体系，初步研究对钒的萃取。探索钒铬渣资源化利用的新方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Nicolet 380型傅立叶变换红外光谱仪（美国热电集团）；MCR-3型微波化学反应器（整机功率：1300 W，微波功率：750 W；巩义市予华仪器有限公司）；YH-15D型真空检体干燥箱（巩义市予华仪器有限公司产）；YRE-5299旋转蒸发仪（巩义市予华仪器有限公司产）。

乙腈，丙酮（分析纯，药化学试剂公司）；1-甲基咪唑，1-溴辛烷（98%；郑州阿尔法化工有限公司）；四氟硼酸钠（99.5%；广东翁江化学试剂有限公司）。

1.2 合成

合成过程如图式 1[4-6]。在三口圆底烧瓶中加入1-溴辛烷（0.6 mol），1-甲基咪唑（0.6 mol），乙腈80 mL。放入微波反应器中磁力搅拌回流反应1 h，设定温度为 74 ℃，得到 1-辛基-3-甲基咪唑溴盐离子液体（化合物1）。向中间产物中加入四氟硼酸钠（0.33 mol），水50 mL，继续反应40 min，设定温度不变[7-9]。得到的最终产物1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体（化合物 2）经冷却、洗涤、抽滤、旋转蒸发后，与水不互溶。

1.3 萃取

在室温 25 ℃下，按照一定比例准确量取纯钒溶液（水相）和离子液体（有机相）装入锥形瓶中，将锥形瓶放入恒温水浴振荡器中，在一定温度下、匀速振荡至设定时间后，经离心机离心，用移液枪吸取萃余液。用硫酸亚铁铵滴定法测定钒含量，根据式（1）计算钒的萃取率[10]。

萃取率用E表示：

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

傅立叶红外光谱图如下，1 060 cm-1是四氟硼酸根离子的特征吸收峰；3 160 cm-1是咪唑环的C-H振动吸收峰；2930、2860是咪唑环侧链烷基取代基上的C-H振动吸收峰；2950和溴辛烷的峰值相同；1570、1170是咪唑环的骨架振动吸收峰；由此可判断合成出了目标离子液体[11]。

图1 产物的红外光谱图

2.2 萃取结果分析

由处理所得的数据可知，萃取率为77%，在常规条件下，1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体对钒的萃取效果显著。

3 结 论

以 1-甲基咪唑与 1-溴辛烷为主要原料，采用微波法合成1-辛基-3-甲基咪唑溴盐离子液体，然后将其作为中间体，进行离子交换得到1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体。经傅立叶红外光谱图验证，所得产物为目标产物。

在常规条件下，将所得到的最终产物 1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体用于对钒的萃取，得到的数据表明，该离子液体对钒的萃取效果良好，在常温下萃取率即可达到 80%左右, 经改进萃取条件后可进一步用于钒铁矿的分离研究中。

［1］蒋霖. 钒铬溶液中钒铬提取及分离工艺研究进展[J].山东化工,2014,35(6).

［2］李娟. 咪唑类离子液体性质、制备及应用的研究进展[J].山东化工,2009,38(5).

［3］章靖,祝艳琳,李万博等.烷基咪唑类离子液体的合成及其性质[J].南京工业大学学报(自然科学版),2008,30(04).

［4］张冲,房旭彬,田丹碧. 微波法合成离子液体 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的研究[J].化学试剂,2007,29(2):72-74.

［5］杨明娣,陈广美.微波辐射下一步法合成1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸离子液体[J].应用化工, 2010,39(8).

［6］王平,徐群,腾英华.溴化1-辛基-3-甲基咪唑离子液体的制备[J].化工时刊,2010,24(4).

［7］李宏宇,王博,刘树明.烷基膦酸功能型离子液体合成、表征及对铀(Ⅵ)的萃取性能[J].高等学校化学学报,2015,04: 665-671.

［8］张德超,张丽鹏,于先进等. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成与表征[J].化学时刊,2012,26(2).

［9］吴雅睿.离子液体[Omim]PF6的合成及微博萃取苯胺的研究[J].水处理技术,2014,40(9).

［10］中华人民共和国国家标准 GB/T223.13-2000. 硫酸亚铁铵滴定法测定铁含量.

［11］卢南, 黄华, 程兴，等. 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体合成与表征[J].应用化工, 2013, 42(5).