Theoretical Foundations of Chemical EngineeringTheoretical Foundations of Chemical EngineeringТеоретические основы химической технологии0040-35713034-6053The Russian Academy of Sciences68129010.31857/S0040357124060093VHPKBHArticlesСтатьиResearch ArticleЭкстракция редкоземельных элементов глубоким эвтектическим растворителем ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенолЭкстракция редкоземельных элементов глубоким эвтектическим растворителем ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенолЗиновьеваИ. В.
Russian Federation
yz@igic.ras.ruЧикинёваТ. Ю.
Russian Federation
yz@igic.ras.ruЯковлеваС. А.
Russian Federation
yz@igic.ras.ruЗаходяеваЮ. А.
Russian Federation
yz@igic.ras.ruВошкинА. А.
Russian Federation
yz@igic.ras.ruИнститут общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАНМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова1512202458676277129052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0040-3571/article/view/681290

Гидрофобный глубокий эвтектический растворитель на основе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты и фенола был предложен в качестве экстрагента для выделения ряда ионов редкоземельных элементов из нитратных растворов. Получены экспериментальные данные межфазного распределения ионов Pr, Nd, Tb, Dy, Yb в системе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол при варьировании ключевых условий проведения процесса: кислотности среды, концентрации высаливателя, соотношения компонентов в эвтектическом растворителе, концентрации металлов и др. В ходе исследования установлены механизм экстракции катионов редкоземельных металлов предложенным эвтектическим растворителем и состав экстрагируемых соединений методом угла наклона. Проведено исследование реэкстракции ионов металлов из органической фазы растворами минеральных кислот и оценена возможность многократного использования предложенного эвтектического растворителя в химико-технологических процессах. Полученные результаты указывают на перспективность применения глубокого эвтектического растворителя ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол для извлечения катионов редкоземельных металлов в процессах переработки отходов магнитных материалов.

Гидрофобный глубокий эвтектический растворитель на основе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновой кислоты и фенола был предложен в качестве экстрагента для выделения ряда ионов редкоземельных элементов из нитратных растворов. Получены экспериментальные данные межфазного распределения ионов Pr, Nd, Tb, Dy, Yb в системе ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол при варьировании ключевых условий проведения процесса: кислотности среды, концентрации высаливателя, соотношения компонентов в эвтектическом растворителе, концентрации металлов и др. В ходе исследования установлены механизм экстракции катионов редкоземельных металлов предложенным эвтектическим растворителем и состав экстрагируемых соединений методом угла наклона. Проведено исследование реэкстракции ионов металлов из органической фазы растворами минеральных кислот и оценена возможность многократного использования предложенного эвтектического растворителя в химико-технологических процессах. Полученные результаты указывают на перспективность применения глубокого эвтектического растворителя ди(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота/фенол для извлечения катионов редкоземельных металлов в процессах переработки отходов магнитных материалов.

жидкостная экстракцияглубокий эвтектический растворительдиалкилфосфиновая кислотафенолредкоземельные элементыThe study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 24-29-00667, https://rscf.ru/project/24-29-00667/.Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00667, https://rscf.ru/project/24-29-00667/.Chundawat N.S., Jadoun S., Zarrintaj P., Chauhan N.P.S. Lanthanide Complexes as Anticancer Agents: A Review // Polyhedron. 2021. № 207. Р. 115387. doi:10.1016/J.POLY.2021.115387.Ramalho J.F.C.B., Carneiro Neto A.N., Carlos L.D., André P.S., Ferreira R.A.S. Lanthanides for the New Generation of Optical Sensing and Internet of Things. Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. 2022. № 61. Р. 31. doi:10.1016/BS.HPCRE.2021.12.001.Dushyantha N., Batapola N., Ilankoon I.M.S.K., Rohitha S., Premasiri R., Abeysinghe B., Ratnayake N., Dissanayake K. The Story of Rare Earth Elements (REEs): Occurrences, Global Distribution, Genesis, Geology, Mineralogy and Global Production // Ore Geol. Rev. 2020. № 122. Р. 103521. doi:10.1016/J.OREGEOREV.2020.103521.Kang J., Kang A.M. Trend of the Research on Rare Earth Elements in Environmental Science // Environmental Science and Pollution Research 2020. № 27. Р. 14318. doi:10.1007/S11356-020-08138-Z/FIGURES/2.Verified Market Reports. Аналитика Рынка Магнитов NdFeB; 2024.Binnemans K., Jones P.T., Blanpain B., Van Gerven T., Yang Y., Walton A., Buchert M. Recycling of Rare Earths: A Critical Review // J. Clean Prod. 2013. 51. Р. 1. doi:10.1016/J.JCLEPRO.2012.12.037.Kumari A., Sahu S.K. A Comprehensive Review on Recycling of Critical Raw Materials from Spent Neodymium Iron Boron (NdFeB) Magnet // Sep. Purif. Technol. 2023. № 317. Р. 123527. doi:10.1016/J.SEPPUR.2023.123527.Darcy J.W., Dhammika Bandara H.M., Mishra B., Blanplain B., Apelian D., Emmert M.H. Challenges in Recycling End-of-Life Rare Earth Magnets // JOM. 2013. 65. doi:10.1007/s11837-013-0783-0.Cui J., Zhang L. Metallurgical Recovery of Metals from Electronic Waste: A Review // J. Hazard Mater. 2008. № 158. Р. 228. doi:10.1016/J.JHAZMAT.2008.02.001.Binnemans K., Jones P.T. Solvometallurgy: An Emerging Branch of Extractive Metallurgy // Journal of Sustainable Metallurgy. 2017. № 3. Р. 570. doi:10.1007/S40831-017-0128-2.Gupta G.K., Krishnamurthy N. Extractive Metallurgy of Rare Earths. // International Materials Reviews. 1992. № 37. Р. 197. doi:10.1179/IMR.1992.37.1.197.Thakur N. V. Separation of Dysprosium and Yttrium from Yttrium Concentrate Using Alkylphosphoric Acid (dehpa) and Alkylphosphonic Acid (ehehpa - pc 88a) as Extractants // Solvent Extraction and Ion Exchange. 2000. № 18. Р. 853. doi:10.1080/07366290008934711.Guidugli L.F., Reza, T. Extraction of Rare Earth Elements from Water by Trioctylphosphine Oxide-Based Hydrophobic Deep Eutectic Solvents // Ind. Eng. Chem. Res. 2024. № 63. Р. 12582. doi:10.1021/ACS.IECR.4C00597/SUPPL_FILE/IE4C00597_SI_001.PDF.Pires C.M.G., Ribeiro A.B., Mateus E.P., Ponte, H.A., Ponte M.J.J.S. Extraction of Rare Earth Elements via Electric Field Assisted Mining Applying Deep Eutectic Solvents // Sustain Chem. Pharm. 2022. № 26. Р. 100638. doi:10.1016/J.SCP.2022.100638.Shakiba G., Saneie, R., Abdollahi H., Ebrahimi E., Rezaei A, Mohammadkhani M. Application of Deep Eutectic Solvents (DESs) as a Green Lixiviant for Extraction of Rare Earth Elements from Caustic-Treated Monazite Concentrate // J. Environ. Chem. Eng. 2023. № 11. Р. 110777. doi:10.1016/J.JECE.2023.110777.Zinov’eva I.V., Kozhevnikova A.V., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Extraction of Cu(II), Ni(II), and Al(III) with the Deep Eutectic Solvent D2EHPA/Menthol // Theor. Found. of Chem. Eng. 2022. № 56. Р. 221. doi:10.1134/S0040579522020178.Abbott A.P., Capper G., Davies D.L., Rasheed R.K., Tambyrajah V. Novel Solvent Properties of Choline Chloride/Urea Mixtures // Chemical Communications. 2003. Р. 70. doi:10.1039/B210714G.Zhang J., Gao X.P., Li Y.Q. Efficient Wavelet Networks for Function Learning Based on Adaptive Wavelet Neuron Selection // IET Signal Processing. 2012. № 6. Р. 79. doi:10.1049/IET-SPR.2010.0186/CITE/REFWORKS.Zhang Q., Li Q., Liu D., Zhang X., Lang X. Density, Dynamic Viscosity, Electrical Conductivity, Electrochemical Potential Window, and Excess Properties of Ionic Liquid N-Butyl-Pyridinium Dicyanamide and Binary System with Propylene Carbonate // J. Mol. Liq. 2018. № 249. Р.1097. doi:10.1016/J.MOLLIQ.2017.11.153.Smith E.L., Abbott A.P., RyderK.S. Deep Eutectic Solvents (DESs) and Their Applications // Chem. Rev. 2014. № 114. Р. 11060. doi:10.1021/CR300162P/ASSET/IMAGES/LARGE/CR-2012-00162P_0004.JPEG.Favero U.G., Schaeffer N., Passos H., Cruz K.A.M.L., AnaniasD., Dourdain S., Hespanhol M.C. Solvent Extraction in Non-Ideal Eutectic Solvents – Application towards Lanthanide Separation // Sep. Purif. Technol. 2023. № 314. Р. 123592. doi:10.1016/J.SEPPUR.2023.123592.Cruz K.A.M.L., Rocha F.R.P., Hespanhol M.C. Greener Route for Recovery of High-Purity Lanthanides from the Waste of Nickel Metal Hydride Battery Using a Hydrophobic Deep Eutectic Solvent // ACS Sustain. Chem. Eng. 2024. № 12. Р. 6169. doi:10.1021/ACSSUSCHEMENG.3C07784/SUPPL_FILE/SC3C07784_SI_001.PDF.Ni S., Gao Y., Yu G., Zhang S., Zeng Z., Sun X. Tailored Ternary Hydrophobic Deep Eutectic Solvents for Synergistic Separation of Yttrium from Heavy Rare Earth Elements // Green Chemistry. 2022. № 24. Р. 7148. doi:10.1039/D2GC02566C.Devi M., Moral R., Thakuria S., Mitra A., Paul S. Hydrophobic Deep Eutectic Solvents as Greener Substitutes for Conventional Extraction Media: Examples and Techniques // ACS Omega. 2023. № 8. Р. 9702. doi:10.1021/acsomega.2c07684.Kivelä H., Salomäki M., Vainikka P., Mäkilä E., Poletti F., Ruggeri S., Terzi F., Lukkari J. Effect of Water on a Hydrophobic Deep Eutectic Solvent. //J Phys. Chem. B 2022. № 126. Р. 513. doi:10.1021/acs.jpcb.1c08170.Milevskii N.A., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Separation of Li(I), Co(II), Ni(II), Mn(II), and Fe(III) from Hydrochloric Acid Solution Using a Menthol-Based Hydrophobic Deep Eutectic Solvent. // Hydrometallurgy. 2022. № 207. Р. 105777, doi:10.1016/j.hydromet.2021.105777.Tait B.K. Cobalt-Nickel Separation: The Extraction of Cobalt(II) and Nickel(II) by Cyanex 301, Cyanex 302 and Cyanex 272 // Hydrometallurgy. 1993. № 32. Р. 365. doi:10.1016/0304-386X(93)90047-H.Kozhevnikova A. V., Zinov’eva I. V., Zakhodyaeva Y.A., Baranovskaya, V.B., Voshkin A.A. Application of Hydrophobic Deep Eutectic Solvents in Extraction of Metals from Real Solutions Obtained by Leaching Cathodes from End-of-Life Li-Ion Batteries // Processes. 2022. Vol. 10. P. 2671. doi:10.3390/PR10122671.Swain B., Otu E.O. Competitive Extraction of Lanthanides by Solvent Extraction Using Cyanex 272: Analysis, Classification and Mechanism // Sep. Purif. Technol. 2011. № 83. Р. 82. doi:10.1016/J.SEPPUR.2011.09.015.Гиндин Л.М. Экстракционные процессы и их применение / Под ред. Яковлева И.И. М: Наука, 1984.Swain B., Otu E.O. Competitive Extraction of Lanthanides by Solvent Extraction Using Cyanex 272: Analysis, Classification and Mechanism // Sep. Purif.Technol. 2011. № 83. Р. 82. doi:10.1016/j.seppur.2011.09.015.Varbanova E.K., Angelov P.A., Stefanova V.M. Study of 3-Ethylamino-but-2-Enoic Acid Phenylamide as a New Ligand for Preconcentration of Lanthanides from Aqueous Media by Liquid-Liquid Extraction Prior to ICP-MS Analysis// Talanta. 2016. № 160. Р.389. doi:10.1016/j.talanta.2016.07.061.