Новые реагенты и материалы для извлечения благородных металлов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-23-10043

НазваниеНовые реагенты и материалы для извлечения благородных металлов

Руководитель Ткачев Алексей Васильевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-101 - Синтез, строение и реакционная способность органических соединений

Ключевые слова благородные металлы, экстракция, монотерпены, возобновляемое растительное сырье, гидрометаллургия, атомно- эмиссионная спектроскопия, хелаторы, полигетероатомные органические молекулы

Код ГРНТИ31.23.17 31.17.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной проблемы создания научных основ получения полигетероатомных органических молекул на основе возобновляемого растительного сырья с целью разработки нового поколения реагентов для селективной экстракции благородных металлов. Благородные металлы имеют огромное значение для человечества. Кроме использования в ювелирном и монетном деле, благородные металлы имеют множество важнейших применений в микроэлектронике, для изготовления специальной аппаратуры, промышленных катализаторов, мембран в водородных технологиях, электротехнике и медицинских технологиях. Природные ресурсы для этих металлов ограничены, но спрос на них со стороны промышленности постоянно увеличивается. Истощение природных ресурсов благородных металлов критически опасно, потому что эти металлы используются во многих ключевых для обеспечения жизнедеятельности технологических приложениях. В настоящее время считается общепризнанным, что 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. Цель проекта: исследование потенциала полигетероатомных гибридных молекул, построенных на основе продуктов переработки возобновляемого растительного сырья и содержащих различные хелатирующие фрагменты, как селективных экстрагентов благородных металлов. Задачи проекта: (1) исследовать селективность гидрофобных хелатирующих лигандов различных типов, синтезированных ранее в Лаборатории терпеновых соединений, как экстрагентов благородных металлов из сложных полиметаллических матриц в системе жидкость-жидкость и выявить оптимальные условия экстракции; (2) выявить закономерности селективности экстракции благородных металлов в зависимости от структурного типа хелатирующего фрагмента, встроенного в политерпеновое окружение; (3) для выявленных наиболее перспективных реагентов изучить возможность их поверхностной иммобилизации на твёрдых носителях с целью создания новых материалов для селективной «твёрдофазной» экстракции металлов. Научная новизна исследований состоит в использовании природных монотрпенов в качестве исходных соединений для построения молекул новых эффективных экстрагентов. 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.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зубричева Д.В., Бизяев С.Н., Тихова В.Д., Ткачев А.В. New reagents for selective extraction of Pd(II) and Au(III) from acidic media New Journal of Chemistry, New J. Chem., 2023, Vol. 47 , No. 33, P. 15543–15552 (год публикации - 2023)
10.1039/D3NJ02061D

2. Ткачев А.В., Агафонцев А.М., Зубричева Д.В., Багрянская И.Ю., Тихова В.Д. Chiral hybrid aza-oxa-terpene-based macrocycles as selective extractants for Pd(II) and Au(III) Tetrahedron, том 156, статья № 133921 (год публикации - 2024)
10.1016/j.tet.2024.133921

3. Зубричева Д.В., Бизяев С.Н., Петракова С.Ю., Тихова В.Д., Ткачев А.В. Аминооксимы терпенового ряда на твердых носителях как селективные экстрагенты золота и палладия Химия в интересах устойчивого развития, том 32, № 4, стр. 495–501 (год публикации - 2024)
10.15372/KhUR2024581

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Исследована эффективность экстракции благородных металлов под действием хелатора типа Terp-N-L-N-Terp (где «L» – это фрагмент дифенилметана, а «Terp» – это фрагмент оксима пинокамфона) в зависимости от типа используемого органического растворителя, анионного фона и наличия солей алюминия в водной фазе. Показано, что растворители на основе алканов малоперспективны за пределами исследовательской сферы из-за ограниченной растворимости комплексов в алканах, и при увеличении концентрации хелатора происходит образование третьей фазы на границе раздела жидкость-жидкость. Установлено что добавки сульфат-иона и нитрата-иона не изменяет степень экстракции палладия. В исследованиях с использованием промышленных Pd-содержащих катализаторов на γ-окиси алюминия показано, что даже 1000-кратный избыток солей алюминия не влияет существенным образом экстракцию палладия, степень извлечения которого в органическую фазу достигает в этих условиях >93%. Выполнено моделирование квантово-химическими методами структуры моно- и биядерных комплексов палладия и золота с лигандами типа Terp-N-L-N-Terp (где «L» – это фрагмент дифенилметана), а также их протонированных форм с оценкой энергии сольватации лигандов, моно- и биядерных комплексов, протонированных форм лиганда и комплексов. Показано, что результаты селективной экстр акции можно объяснить тем, что для гипотетических комплексов, которые могут образовываться из хелаторов и солей палладия и золота, существование в органической фазе (хлороформном растворе) более выгодно из-за высокой липофильности углеводородного обрамления координационных узлов. Изучена экстракционная способность активированных углей и синтетических полимерных носителей, нековалентно модифицированных хелаторами типа Terp-N-L-N-Terp («Terp» фрагмент оксима пинокравона, «L» - дифенилметановый линкер), по отношению к благородным металлам в режиме твердофазной экстракции. Показано, что хелаторы, хотя и являются аминами по своей химической природе, но, будучи импрегнированными на неполярный сорбент, из-за наличия в молекуле объемных углеводородных фрагментов не склонны переходить в водную фазу при обработке водными растворами кислот и остаются на поверхности твёрдого носителя. Модифицированные сорбенты проявляют высокую селективность при извлечении палладия и золота из кислых водных растворов сложных смесей переходных металлов, а разработанная процедура ре-экстракции позволяет извлечь до 97% палладия и 91% золота.

Публикации