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标签：学科前沿
关键词：离子液体金属回收沥青
钒和镍是油砂沥青中含量最高的金属，这些金属复合物的化学结构在原油的不同馏分中并不一致，但有相当一部分是以金属-卟啉的形式存在的。在这种形式中，钒酰离子(VO2+)或镍离子(Ni2+)与卟啉大环中的四个氮原子相结合，就VO2+而言，它还与一个氧原子进行轴向配位。从石油衍生产品中选择性地去除这些金属是重油和沥青石油加工的主要挑战之一。
溶剂萃取与水溶液中的金属离子萃取类似，已广泛应用于实验室规模和工业规模的水溶液中金属的萃取。然而，与水体系不同的是，从油中提取金属离子涉及到提取含有金属的物种，而不是金属离子。离子液体(ILs)作为一种绿色溶剂和功能材料，有研究表明可以将其作为萃取剂从多种液体介质（包括石油）中提取杂原子和金属。
图1.ILs辅助从油砂沥青中回收钒和镍
（图片来源：Energy＆Fuels）
基于此，来自加拿大阿尔伯塔大学的GarimaChauhan教授等人研究了ILs从脱沥青油和稀释沥青样品中提取钒和镍的潜在方法。研究者使用了7种基于咪唑鎓阳离子以及不同阴离子的ILs和一种市售ILs：N,N′-二甲基氨基甲酸铵（DIMCARB），并用液-液相平衡法测定提取效果（如图2a）。
图2.影响从油中提取金属-卟啉中金属的不同类型的相平衡
（图片来源：Energy＆Fuels）
图3.相分离流程
（图片来源：Energy＆Fuels）
采用盐酸(HCl)酸化的ILs（包括[HMIM]-Cl、[EMIM]-Cl、[BMIM]-Cl和[EMIM]-DEP）进行相分离实验，萃取流程如图3。结果如表1所示，在任何给定的酸浓度下，除了0.1MHCl浓度和10MHCl浓度外，[HMIM]-Cl、[EMIM]-Cl和[BMIM]-Cl(统称为[nMIM]-Cl)在相近的时间内实现了双相分离。沉降时间随着ILs中HCl浓度的增加而缩短。酸化后的[EMIM]-DEPILs，酸浓度为0.1M，可实现明显的双相分离。
表1.不同酸化ILs的萃取金属结果
（表格来源：Energy＆Fuels）图4显示了不同酸浓度ILs溶液中钒和镍的提取率(wt%)。结果显示，在给定的酸浓度范围内，没有一种[nMIM]-ClILs能够提取超过5%的钒。而在[EMIM]-DEPILs中加入酸，随着酸浓度的增加，钒的萃取量增加，直至5MHCl浓度。在5MHCl浓度下，使用酸化的[EMIM]-DEP从稀沥青中提取了近26%的钒。
图4.不同酸浓度ILs溶液中钒和镍的提取率
（表格来源：EnergyFuels）
而镍的提取效率在酸化ILs中有所提高。无论何种酸化ILs，随着酸浓度的增加，镍的提取率可高达40-50%（图4c和d）。在[HMIM]-Cl和[BMIM]-Cl中，在2.5M的酸浓度下，分别实现了44和48wt％的最大镍萃取量。在1M浓度的酸中，[EMIM]-Cl显示出44wt％的最大提取量（图3c）。使用酸化的[EMIM]-DEP(图3d)，在5MHCl浓度下，于IL相中提取了48%的镍。
总之，研究者使用酸化ILs研究了从稀释的沥青石油混合物中提取钒、镍两种金属离子。酸化程度影响了稀释沥青中金属离子（VO2+或Ni2+）和有机碱的解离平衡。ILs的阴离子种类(Cl-或DEP-)影响金属离子的交换程度及其在油相和IL相之间的分配比。该工作为ILs在原油中金属的提取的进一步研究提供了一定的指导。
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