阿什利·赫夫，橡树岭国家实验室 橡树岭国家实验室的研究人员对钴的溶剂萃取过程中液-液界面难以捉摸的化学过程进行了新的研究，显示为深蓝色
信用:米歇尔·莱曼/ORNL，美国
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能量的 美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员捕捉到的实时测量数据，为回收钴的化学分离提供了缺失的洞察力。钴是现代技术中用于制造电池和磁铁的关键原材料
发表在美国化学学会《应用材料与界面》上的研究结果追踪了从含有相似物种混合物的溶液中获取钴的分子动力学
ORNL化学科学部的本·道蒂说:“了解使元素分离成为可能的分子事件，是优化或创造新的材料回收方法的关键。”
这项研究调查了溶剂萃取的基础化学，溶剂萃取是一种使用两种互不溶解的液体，即油和水来分离元素的方法
搅动时，油水溶液会自动分离成不同的层
这种现象可以用来将溶解在一种液相中的目标物质转移到另一种液相中，从而使钴等特定元素与混合物中的其他元素分离开来
道蒂说:“问题在于，你需要在这些液体层之间的界面上有分子，这些分子能够选择性地与你想要提取的物质结合。”
“但是表面上发生的复杂化学反应还没有被很好地理解
" 由于探测油和水相遇的液-液界面的挑战，研究人员几十年来一直未能深入了解使钴和其他物质分离的化学反应
分子薄层表面就像大海捞针，当使用传统的光谱方法时，容易被大量的溶液所掩盖
增加难度的是活动的时间尺度，从飞秒——一秒的十亿分之一——到分钟，这些都是传统静态测量无法捕捉到的
“这个界面实质上是油层和水层之间的守门人，在这里，促进提取的化学键被建立或破坏
为了微调分离过程，你需要实时了解这个界面上发生了什么，”多尔蒂说
橡树岭国家实验室的研究人员对钴的溶剂萃取过程中液-液界面难以捉摸的化学过程进行了新的研究，显示为深蓝色
信用:米歇尔·莱曼/ORNL，美国
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能量的 ORNL是少数几个专门研究探测功能性液-液界面技术的小组之一
在先前聚合物研究的基础上，该团队研究了配体二-(2-乙基己基)磷酸，或DEHPA，这是一种工业标准萃取剂，与钴离子选择性结合，而不是像镍这样通常在溶液中自然伴随钴的类似金属
溶解在油中的邻苯二甲酸二丁酯被引入到含钴和不含钴的水基溶液中，并使用振动和频产生进行探测，这是一种超快脉冲激光技术，使研究人员能够了解液-液界面发生的反应
这项技术区别于其他实验方法的地方在于它能够跟踪界面上的动力学，或化学反应过程中表面发生的变化
“溶剂萃取被设计为在特定条件下对给定的目标进行操作，而酸碱度是一个常用的调节变量
所以，我们的实验是为了观察酸碱度范围对邻苯二甲酸二丁酯的影响，并了解是什么导致了钴提取的最佳点，”多尔蒂说
油基配体与水相互作用形成聚集体，或在萃取中起重要作用的分子组
他们的工作是结合和运输钴，但他们需要合适的尺寸和结构才能有效工作
研究小组发现氢键会影响这些聚集体的排列，并且对酸碱度的变化很敏感
“我们的发现强调了氢键在开发新的提取方法中的重要作用，”多尔蒂说
“此外，我们观察到，整体溶液的酸碱度会影响氢键的形成，并可能通过调整液-液界面来达到最佳性能
" 理解提取的设计规则为降低加工钴的能源和环境成本开辟了道路，反过来，也确保了供应链的道德来源
钴回收只是对化学分离的基本认识如何有益的一个例子
知情战略可应用于广泛使用溶剂萃取法的关键材料回收和核废料清理领域
该期刊文章发表为“氢键驱动的化学分离:阐明溶剂萃取中自组装的界面步骤”
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