|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Теоретическое и экспериментальное исследование экстракционного разделения редкоземельных элементовНИР
Theoretical and experimental investigation of rare-earth elements extraction separation
- Руководитель НИР: Митрофанов А.А.
- Участники НИР: Сеник Н.Н., Федотова А.О.
- Подразделение: Кафедра радиохимии
- Срок исполнения: 26 января 2016 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-33-00491\16
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116012110226-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Ядерные технологии
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.15.23 Радиохимия
-
Ключевые слова:
редкоземельные элементы, квантовая химия, полуэмпирические методы, радиохимия, ab initio
semiempirical methods, quantum chemistry, radiochemistry, rare-earth elements, ab initio -
Описание:
Мировая потребность в промышленном использовании редкоземельных элементов (РЗЭ) растет с каждым годом, что требует увеличения их выработки. На текущий момент, в процессе выделения индивидуальных РЗЭ из их групповых концентратов (монацитового, апатитового и пр.), используются фосфорные экстрагенты и многоступенчатые экстракционные каскады, принципиально не менявшиеся с 60-х годов прошлого века. Создание новых, более селективных экстрагентов, может привести к упрощению схемы разделения, и, как следствие, уменьшению затрат на нее. Однако, экспериментальных поиск новых экстрагентов сам по себе является достаточно затратной задачей. В то время, как теоретическое моделирование, требующее значительно меньше времени и трудовых ресурсов, на текущем уровне развития методов квантовой химии, не позволяет получать результаты, подменяющие собой эксперимент. В данной работе планируется использовать комплексный подход, сочетающий теоретические расчеты (полуэмпирические для скрининга и ab initio для получения точных значений) и эксперименты с использованием современного оборудования, для разработки эффективной методики определения потенциально селективных по отношению к РЗЭ экстрагентов на стадии дизайна.
-
Abstract:
Global demand in industrial usage of rare-earth elements (REE) is only increasing from year to year that requires an increase of its production. At the present moment, a process of individual REE extraction from their group concentrates (monazite, apatite, etc) uses phosphorous extractants and extraction cascades with a lot of stages. And this scheme has not significantly changed since 1960s. Development of new selective extractants may simplify this process and decrease expenses. But experimental search for new extractants is an expensive task itself. And theoretical modelling (with modern quantum-chemical methods) can't replace an experiment. In the presented work we plan to use a combination of theoretical (semiempirical for screening and ab initio for accurate computations) and experimental for the development of effective method of determining promising REE extractants at a design stage.
-
Планируемые результаты:
1) Будет экспериментально исследована экстракция РЗЭ рядом лигандов-косплексообразователей различных классов (арил- и алкил- фосфорных, применяемых в промышленности в настоящее время и N-/O-донорных, представляющих на данный момент потенциальный интерес) с учетом влияния составов водной и органической фаз. 2) Будет построена модель процесса жидкость-жидкостной экстракции, учитывающая экспериментально наблюдаемые эффекты 3) Расчетная методика, основанная на разработанной модели, будет проверена экспериментально
-
Научный задел:
На примере ряда лигандов на основе бипиридиндикарбоновых и фенантролиндикарбоновых кислот, показана принципиальная возможность применения комбинации теоретических методов для оценки селективности экстагентов. Полученные результаты подтверждены экспериментально
-
Основные результаты:
Разработки эффективной методики определения потенциально селективных по отношению к РЗЭ экстрагентов на стадии дизайна
- Добавил в систему: Митрофанов Артем Александрович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 26 января 2016 г.-15 декабря 2016 г. | Теоретическое и экспериментальное исследование экстракционного разделения редкоземельных элементов |
| Результаты этапа: 1) Проведены эксперименты по исследованию экстракции РЗЭ рядом лигандов (на основе фенантролиндикарбоновых и дипиридилдикарбоновых кислот, ряда лигандов, представляющих собой арил- и алкил- фосфорные кислоты и дигликольамида). Получены коэффициенты селективности по отношению к разделению пары соседних лантанидов. Рассмотрено влияние составов водной и органической фаз. Для определения коэффициентов распределения использовался метод жидкость-жидкостной экстракции с радиоактивной меткой. 2) Построена модель процесса жидкость-жидкостной экстракции, учитывающая экспериментально наблюдаемые эффекты и пригодная для последующего использования в теоретических расчетах. В модели учтено влияние: конформационной подвижности лиганда, исходной формы металла в водной фазе, диэлектрической проницаемости органической фазы, процесса протонирования/депротонирования лиганда, образования связей в системе лиганд-метал-анион. 3) Проведены теоретические расчеты на полуэмпирическом (в программном пакете MOPAC2012) и ab initio (в программном пакете Orca) уровнях теории. Получена оценка селективности лигандов согласно разработанной модели. Наиболее перспективные, согласно полученным в расчетах данным, лиганды выбраны для экспериментального исследования 4) Произведена оценка границ применимости модели на основании анализа полученных теоретических и экспериментальных данных - полученная модель позволяет проводить оценку селективности для лигандов, образующих комплексы с металлом состава 1:1. | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Теоретическое и экспериментальное исследование экстракционного разделения редкоземельных элементов |
| Результаты этапа: 1) Проведены теоретические расчеты комлексообразования ряда N/O-донорных лигандов с редкоземельными элементами (РЗЭ) на ab initio уровне теории. Показана возможность получения количественных характеристик разделения с использованием данного уровня теории. 2) Проведены теоретические расчеты влияния растворителя на процесс экстракционного разделения. Показано, что использование континуальных моделей растворителя не позволяет смоделировать экспериментальные результаты. Предложены и опробованы пути улучшения модели. Готовится к публикации статья по теме. 3) Проведены теоретические расчеты радиационной стойкости исследуемых лигандов. Показано, что преимущественным путем деструкции лигандов является взаимодействие с продуктами радикального распада растворителя, а не непосредственный распад самого лиганда. Опубликована статься по теме (приложена к НИР) | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".