6.3. Жидкость-жидкостная экстракция

Золотов Юрий Александрович
Академик РАН

 

В 1950-1980 гг. исследования и практические разработки в области жидкость-жидкостной экстракции проводились в СССР в очень больших масштабах. С помощью этого метода решали важные задачи радиохимической переработки облучённого ядерного горючего, гидрометаллургии (урана, ниобия, тантала, циркония, редкоземельных элементов и др.) и, конечно, аналитической химии. В химическом анализе экстракцию широко использовали для экстракционно-фотометрического (флуориметрического) определения элементов, для селективного выделения и концентрирования элементов перед их определением другими методами, для группового концентрирования микроэлементов перед их определением, например, атомно-эмиссионным или рентгенофлуоресцентным методами. Российский научный вклад в эту область был существенным; по-видимому, одним из наиболее крупных.

Была развита теория экстракции хелатов, особенно в аспекте выбора растворителя для координационно насыщенных и координационно ненасыщенных хелатов (донорно-активные растворители для ненасыщенных) и в аспекте извлечения в органическую фазу заряженных гидрофильных хелатов [6]. Введено было понятие о гидратно-сольватном механизме экстракции кислот [7, 8] и открыто явление подавления экстракции одного элемента другим [9].

Ю.А. Золотовым и Б.Я. Спиваковым предложена теория обменной экстракции хелатов. Этими же исследователями вместе с О.М. Петрухиным развита теория экстракции комплексов металлов с позиций координационной химии, внесён вклад в теорию синергетической экстракции. Выявлены закономерности влияния на экстракцию комплексов их устойчивости, заряда, гидратации. В результате сформулированы рекомендации по выбору оптимальных экстракционных систем.

Для экстракции комплексов металлов с водорастворимыми лигандами Б.Я. Спиваковым предложено использовать двухфазные водные системы на основе водорастворимых полимеров. Исследован химизм экстракции металлов в системах полимер – соль – вода и полимер – полимер – вода [10, 11]. Применение таких систем значительно расширило круг экстракционных реагентов и позволило работать в отсутствие обычных органических растворителей, что повышает безопасность работы с экстракционными системами. Эти работы получили развитие в США, где подобные системы используются для разделения радионуклидов. Водорастворимые полимеры, образующие комплексы с металлами, предложено также использовать в мембранной фильтрации. Метод нашёл применение в аналитической практике и в радиохимии.

Рис. 6.2. Фрагмент статьи Ю.А. Золотова о подавлении экстракции одного элемента другим.

Эти работы были выполнены Ю.А. Золотовым и его коллегами в Институте геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского АН СССР. В 2005 г. Ю.А. Золотов был награждён за вклад в развитие экстракционного метода медалью К. Хансона, присуждаемой Международным комитетом экстракционной химии и технологии. За работы по экстракции он награждён был также золотой медалью им. Д.И. Менделеева Российской академии наук и Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. Ю.А. Золотов, О.М. Петрухин и Б.Я. Спиваков получили премию им. Л.А. Чугаева РАН, а Ю.А. Золотов, Б.Я. Спиваков и Л.Н. Москвин – премию им. В.Г. Хлопина РАН.

В.И. Кузнецов предложил так называемые легкоплавкие экстрагенты (в момент извлечения они жидкие, при охлаждении до комнатной температуры затвердевают и легко отделяются) [12]. Они удобны, например, для последующего рентгенофлуоресцентного определения элементов [13]. Группа под руководством В.П. Живописцева, Б.И. Петрова, М.И. Дегтева в Перми развивала экстракцию в трёхфазных системах (для концентрирования веществ в третьей фазе) [14, 15].

Предложены новые экстрагенты. Получили распространение органические сульфиды (специалисты из Уфы и Новосибирска), диантипирилметан (С.И. Гусев, 1950), 1-фенил-3-метил-4-бензоилпиразолон-5 (ФМБП) (Ю.А. Золотов, М.К. Чмутова). Предложен и изучен новый класс металлоорганических экстрагентов для анионов, в которых комплексообразующим атомом является не кислород, азот или сера, а атом металла (олова), взаимодействующий с кислородными атомами аниона. Уникальность реагентов в том, что они обладают высокой экстракционной способностью по отношению к анионам с высокой энергией гидратации; они до сих пор являются лучшими из известных экстрагентов для кислородсодержащих анионов, прежде всего арсенат- и фосфат-ионов.

Большой цикл работ был выполнен в Воронеже под руководством Я.И. Коренмана по экстракции фенолов и многих других органических соединений. Новые ионные жидкости (и новые приёмы их использования) использовал в экстракции И.В. Плетнёв в Московском университете им. М.В. Ломоносова [16]. В.Н. Бехтерев (город Сочи) разработал метод экстракции вымораживанием.

Аналитиками СССР разработано огромное число методик определения элементов или их групп с использованием экстракции в системе жидкость-жидкость. Среди создателей этих методик И.П. Алимарин, А.И. Бусев, И.А. Блюм, В.П. Живописцев, В.М. Пешкова, Ю.А. Золотов, Б.Я. Спиваков, О.М. Петрухин, В.Г. Торгов, А.Г. Карабаш и многие другие. Некоторые методики широко использовали и используют в практике анализа, например при определении платиновых металлов или золота. Издано много книг по жидкостной экстракции, например [17, 18].