Ученые разработали новое поколение реагентов на основе продуктов переработки возобновляемого растительного сырья для селективной экстракции благородных металлов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журналах Tetrahedron и New Journal of Chemistry.
Благородные металлы имеют огромное значение для человечества. Помимо использования в ювелирном деле, они имеют множество различных применений в микроэлектронике, промышленных катализаторах, мембран в водородных технологиях, электротехнике и медицинских технологиях. Природные ресурсы для этих металлов ограничены, спрос на них со стороны промышленности постоянно увеличивается, в связи с чем истощение природных источников благородных металлов является важной проблемой.
В настоящее время антропогенные отходы становятся важными источниками благородных металлов, причем металлы платиновой группы и золото представляют особый интерес для переработки, и экологически безопасная экономичная переработка отходов и отработанных материалов и изделий имеет большое значение. В основе разрабатываемых схем переработки вторичного сырья лежат разнообразные гидрометаллургические процессы, в ходе которых при извлечении благородных металлов образуются кислые продукты выщелачивания, и селективное извлечение Au, Pd или Pt из получаемых матриц с использованием традиционных экстракционных процедур является довольно сложной задачей.
Исследователи из Института органической химии имени Н.Н. Ворожцова (Новосибирск) разработали оригинальные и удобные методы селективной экстракции благородных металлов с использованием новых эффективных экстрагентов на основе природных монотерпенов.
Применение природных терпенов как продуктов переработки возобновляемого растительного сырья, с одной стороны, обеспечивает практически неиссякаемую сырьевую базу для получения перспективных реагентов, а с другой стороны, обеспечивает повышенную гидрофобность получаемым реагентам (лигандам) и комплексам за счет включения в структуру объемных углеводородных структурных фрагментов, что имеет решающее значение для эффективного извлечения благородных металлов из водных растворов.
Сибирскими учеными разработаны методики синтеза потенциальных хелаторов двух типов: (I) бис-α-аминооксимов вида Terp-N-L-N-Terp; (II) макроциклические соединения бис-α-аминооксима (производные циклогексена, 3-карена и лимонена), имеющие по месту аминогрупп линкер в виде пиперазинового цикла или фрагмента α,α’-диамино-мета-ксилола и сшитые между собой по атомам кислорода оксимных групп фрагментом три-, тетра- или гексаэтиленгликоля.
Изучение экстракционных свойств синтезированных хелаторов в отношении ряда переходных металлов показало, что хелаторы первого типа способны селективно извлекать Pd из водных растворов смесей, содержащийся в смеси со всеми 3d-переходными металлами, причем однократная экстракция позволяет извлекать Pd вплоть до 97%. При одновременном присутствии 3d-переходных металлов и благородных металлов хелаторы типа (I) также способны извлекать палладий и золото, а после экстракции до 95% Pd может быть выделено из органической фазы за счёт ре-экстракции при действии кислого водного раствора тиомочевины, при этом сами хелаторы в этих условиях являются стабильными и могут использоваться в последующих циклах извлечения. Хелаторы второго типа способны селективно извлекать палладий (86-100%) и золото (64-86%) из кислых водных растворов сложных смесей, содержащих щелочные металлы, 3d- элементы и благородные металлы.
Для объяснения свойств синтезированных соединений и интерпретации полученных данных о селективности экстракции ученые выполнили молекулярное моделирование хелаторов, их протонированных форм и гипотетических комплексов с использованием различных квантово-химических методов.
«Результаты расчётов позволяют объяснить особенности пространственной организации и экстракционного поведения синтезированных и исследованных экстрагентов (изменение энергий сольватации в ряду лиганды-протонированные лиганды-протонированные моноядерные комплексы-моноядерные комплексы; различная доступность металлоцикла в макроциклах разного размера)», – рассказал Ткачев Алексей Васильевич, доктор химических наук, заведующий Лабораторией терпеновых соединений Института органической химии СО РАН.Источник: пресс-служба НИОХ СО РАН