Химики научились управлять экстракционной способностью глубоких эвтектических растворителей

Исследователи из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали новый доступный способ «тонкой настройки» экстракционной способности промышленных экстрагентов. Впервые показана возможность изменения экстракционной способности триоктилфосфиноксида за счет добавок доступных компонентов. Эффективность такого подхода продемонстрирована на примере извлечения и разделения самария и кобальта, которые входят в состав наиболее распространённых постоянных магнитов. Результаты работы опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Глубокие эвтектические растворители являются крайне перспективным классом систем, применяемых для экстракции различных соединений. Эти растворители широко распространены в силу их доступности, отсутствия проблем с очисткой, возможности повторного использования и биоразлагаемости. В последнее время всё большее внимание стали уделять глубоким эвтектическим растворителям, в состав которых входит экстрагент и какой-либо инертный компонент, не обладающий экстракционными свойствами. Выбор инертного компонента чаще всего обусловлен исключительно его доступностью и некоторыми физическими свойствами.

Химикам из ИОНХ РАН удалось показать, что инертные компоненты могут влиять на экстракционную способность глубоких эвтектических растворителей. Исследование прокомментировал один из авторов статьи, заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Андрей Вошкин: «Развивая достаточно новую тематику, связанную с глубокими эвтектическими растворителями, мы взяли курс на изучение влияния природы инертных компонентов на свойства этих систем. Суть работы заключается в ином взгляде на перспективные экстрагенты. Оказалось, что, изменяя инертные (как ранее считалось) компоненты, не влияющие экстракционные свойства, можно достаточно прецизионно управлять эффективностью системы. Мы показали, что экстракционная способность системы триоктилфосфиноксид – фенол по отношению к самарию возрастает на 40% по сравнению с системой триоктилфосфиноксид – тимол, при этом ни тимол, ни фенол экстракционными свойствами по отношению к самарию не обладают. Все дело в энергии межмолекулярного взаимодействия компонентов эвтектического растворителя, которая в случае использования тимола оказалась наибольшей, что и затрудняет процесс экстракции. Подбирая второй компонент для основного экстрагента, необходимо учитывать его донорные и акцепторные группы, разветвлённость и стерические особенности которые влияют на силу межмолекулярного взаимодействия. Такой подход к подбору компонентов позволяет значительно увеличить эффективность как существующих, так и перспективных глубоких эвтектических растворителей на основе промышленных экстрагентов».

Авторы полагают, что дальнейшему развитию ресурсосберегающих технологий сопутствует и совершенствование экстракционных систем, поскольку для решения задач экстракции будут применяться более доступные компоненты, и при этом будет снижаться их расход благодаря возможности многократного использования.

«На сегодняшний день полученный глубокий эвтектический растворитель (триоктилфосфиноксид – фенол) может применяться для разделения самария, кобальта и других металлов, входящих в состав широко распространённых постоянных магнитов Sm/Co, методом высокоэффективной промышленной жидкость–жидкостной хроматографии. Это позволит получать концентраты высокой чистоты», – резюмировал Андрей Вошкин. Ученые предложили не только высокоэффективный экстрагент на основе промышленных реагентов, но и создали алгоритм для поиска и синтеза новых глубоких эвтектических растворителей с предсказуемой экстракционной способностью. Данная разработка может быть использована на высокотехнологичных современных предприятиях для переработки магнитного сырья.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № 075-15-2020-782).