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 25-43-02072
НазваниеРазработка новых мембран и сорбентов с использованием ион-селективных органических лигандов и их практическое применение в технологиях извлечения редких металлов
Руководитель Баулин Владимир Евгеньевич, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук , г Москва
Конкурс №113 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-203 - Химия координационных соединений
Ключевые слова органические лиганды, синтез, комплексообразующая способность, ион-селективные мембраны и сорбенты, редкие металлы, выделение, природные и техногенные растворы
Код ГРНТИ31.17.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Развитие современных технологий требует стратегически важных редких металлов (РМ), таких как литий и редкоземельные элементы (РЗЭ). Следовательно, создание новых, современных, конкурентноспособных и экологически безопасных технологий их извлечения является актуальной задачей, приоритетной для научно-технического развития Российской Федерации. Это направление законодательно закреплено Указом Президента Российской Федерации от 18 июня 2024 г. № 529.
Увеличение производства РМ приводит к истощению рудных запасов. Это вызывает необходимость разработки методов и технологий извлечения РМ из нетрадиционного сырья, например технологий извлечения лития из природных рассолов соленых озер и морской воды, из пластовых вод и растворов, полученных при переработке литий-ионных аккумуляторов. В качестве сырья для извлечения РЗЭ рассматриваются сточные воды гидрометаллургии, растворы выщелачивания металлургических шлаков, кислотные стоки шахтного дренажа, растворы, полученные при переработке нефти и природного газа, а также техногенные растворы, полученные в процессе рекуперации электронного оборудования, источников тока и постоянных магнитов.
Фундаментальной научной проблемой совместного российско-китайского проекта является решение задач извлечения лития и РЗЭ новыми мембранными и сорбционными материалами. Основной научной идеей проекта является использование новых, специально синтезированных ион-селективных органических лигандов для модификации поверхности макропор мембранных и сорбционных матриц, что позволит улучшить рабочие характеристики мембранных и сорбционных материалов на их основе. Таким образом, целью проекта является разработка научных основ получения новых ион-селективных мембран и сорбентов путем модификации макропористых матриц ион-селективными лигандами и разработка методик их практического применения в технологиях извлечения редких металлов из растворов сложного состава. Конкретными задачами проекта являются целенаправленный синтез ион-селективных органических лигандов, систематическое изучение их физико-химических свойств, создание на их основе новых мембранных и сорбционных материалов. Не менее важной задачей является и реализация практического применения разработанных материалов в технологиях извлечения лития и РЗЭ из растворов сложного состава.
Исследования российской стороны в основном будут связаны с извлечением РЗЭ из растворов сложного состава мембранным и сорбционным методами, в которых в качестве модификаторов-экстрагентов предполагается использовать как хорошо известные органические соединения – производные N,N,Nꞌ,Nꞌ-тетраоктилдигликольамида, так и менее изученные лиганды, производные 2-фосфорилзамещенных фенолов и фосфорилсодержащие поданды. Планируется синтез ряда новых органических лигандов и изучение их комплексообразующей способности по отношению к катионам РЗЭ и щелочных, щелочноземельных и d-металлов, присутствующих в больших количествах в техногенных растворах. Для реализации этого будут использованы современные физико-химические методы, такие как жидкостная экстракция, потенциометрия, ЯМР-, ИК-, электронная спектроскопия и термогравиметрический анализ, РСА. В результате будут выбраны органические лиганды, способные селективно связывать ионы лития и РЗЭ. В дальнейшем они будут использованы для модификации поверхности мембранных и сорбционных матриц.
Исследования китайской стороны в основном будут связаны с извлечением лития из природных рассолов соленых озер и морской воды с использованием специально полученных новых гибридных пористых мембранных материалов, в основе создания которых лежит оригинальная идея использовать химическую модификацию органическими лигандами полимерных материалов (PDA, PSS, PEI, PAH, EVAL-44 и др.).
На основе наиболее эффективных мембранных и сорбционных материалов планируется изготовить лабораторные модели установок, на которых будут отрабатываться отдельные технологические стадии извлечения лития и РЗЭ из растворов сложного состава.
Ожидаемые результаты
В рамках реализации стратегии целенаправленного получения и систематического изучения физико-химических свойств широкого спектра новых мембранных и сорбционных материалов и исследования возможностей их практического применения в технологиях извлечения лития и РЗЭ из растворов сложного состава планируется получить следующие результаты:
1. Будут синтезированы новые производные 2-фосфорилфенолов, фосфорилсодержащих подандов (ациклических аналогов краун-эфиров) и функционализации известных лигандов – амидов дигликолевой кислоты. Функционализация будет проходить преимущественно с целью получения новых лигандов с заданным балансом липофильных/гидрофильных свойств и улучшенной селективностью за счет введения дополнительных координирующих фрагментов (Российская сторона).
2. Будет изучен состав, строение и физико-химические свойства новых координационных соединений полученных лигандов с ионами s-, d- и f-элементов современными физико-химическими методами (потенциометрия, жидкостная экстракция, УФ- и ИК-спектроскопия, термогравиметрический и рентгеноструктурный анализ) (Российская сторона).
3. Будут разработаны методики получения пористых мембранных материалов с оптимальными характеристиками для их дальнейшей модификации. Будут разработаны методики модификации пористых мембранных и сорбционных материалов с использованием наиболее эффективных из синтезированных органических лигандов. (Российская и Китайские стороны).
4. Будут исследованы физико-химические характеристики мембранных и сорбционных материалов (Российская и Китайские стороны).
5. Будет проведено масштабирование методик синтеза наиболее перспективных лигандов. Будут наработаны их опытные партии в количестве, необходимом для проведения совместных российско-китайских исследований (Российская сторона).
6. Будут описаны закономерности извлечения лития и РЗЭ модифицированными мембранными и сорбционными материалами на модельных растворах различного состава (Российская и Китайские стороны).
7. Будут описаны закономерности регенерации (десорбции РМ) модифицированных мембранных и сорбционных материалов водой и растворами органических и неорганических кислот (Российская и Китайская стороны).
8. Российской стороной запланировано изготовление действующей модели лабораторной установки по извлечению РЗЭ с применением разработанных мембранных и сорбционных материалов.
9. Модифицированные мембранные и сорбционные материалы будут использованы для извлечения лития и РЗЭ из технологических / природных растворов (Российская и Китайские стороны).
Основным практическим результатом планируемых работ станет методология получения и практического применения новых мембранных и сорбционных материалов, которая внесет значительный вклад в теорию и практику создания новых технологий извлечения лития и РЗЭ.