
【化】 monofunctional extractant
odd; single
【醫】 azygos; mon-; mono-; uni-
function
【計】 F; FUNC; function
【醫】 function
【經】 functions
base; basic; foundation; key; primary; radix
【化】 group; radical
【醫】 base; basement; group; radical
【化】 extractant; extracting agent; extraction solvent
單功能基萃取劑(Monofunctional Extractant)是溶劑萃取領域中一類僅含單一活性官能團的有機化合物,其功能基可與目标金屬離子形成特定配位鍵實現選擇性分離。這類萃取劑的核心特征在于分子結構中僅存在一個能與金屬離子發生配位作用的官能團,如磷酸基(-PO₃H₂)、羧酸基(-COOH)或肟基(-NOH)等。
在核燃料循環領域,磷酸三丁酯(TBP, Tributyl Phosphate)作為經典單功能基萃取劑,通過其磷酸酯基團與鈾酰離子(UO₂²⁺)形成穩定配合物,實現了鈾/钚分離。這種選擇性源于TBP分子中唯一的磷氧雙鍵(P=O)供電子能力,其萃取反應可表示為: $$ UO_2^{2+} + 2NO3^- + 2TBP{(org)} rightleftharpoons UO_2(NO_3)2·2TBP{(org)} $$ 該特性使TBP成為PUREX流程的核心試劑,相關機理在《溶劑萃取化學原理》中有詳細闡述。
單功能基萃取劑的局限性在于其配位模式單一,難以適應複雜多金屬體系。近年來,針對稀土分離的新型單功能基萃取劑如Cyanex 923(磷酸三烷基酯混合物)通過調控烷基鍊結構,在保持選擇性的同時增強了萃取容量,相關進展可見《工業與工程化學研究》期刊的最新綜述。
單功能基萃取劑是指分子中僅含有一個功能基的萃取劑,其核心特點是通過單一的配位原子或基團與被萃取物質結合,形成可溶于有機相的萃合物。以下從結構、功能和應用三方面展開說明:
結構特性
單功能基萃取劑的分子結構中僅含有一個功能基(如O、N、P、S等配位原子),例如常見的含氧基團(如羟基、羧酸基)或含磷基團(如磷酸酯)。這類萃取劑通常還帶有較長的烴鍊或芳香環結構,以增強其在有機相中的溶解性,如煤油、苯等溶劑中的分散能力。
功能機制
功能基通過與金屬離子或其他目标物質發生配位或化學反應,形成穩定的萃合物。例如,脂肪酸類萃取劑中的單一羧酸基(-COOH)可與金屬離子結合,實現選擇性分離。由于僅有一個功能基,其結合位點單一,可能對特定離子表現出較高的選擇性,但萃取容量可能低于多功能基萃取劑。
應用場景
單功能基萃取劑常用于金屬提取、廢水處理等領域。例如,磷酸三丁酯(TBP)含單一磷氧基,廣泛用于鈾、钍等放射性元素的分離。此外,在濕法冶金中,單功能基設計可簡化萃取劑合成步驟,降低成本。
單功能基萃取劑因結構簡單、選擇性高而具有特定應用優勢,但其效率受限于單一結合位點,需根據具體分離需求選擇。
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