ES3009232B2 - TSIL compound, preparation procedure, and procedure for the selective extraction of inner transition elements from s, d, and p-series metals using TSIL compound - Google Patents
TSIL compound, preparation procedure, and procedure for the selective extraction of inner transition elements from s, d, and p-series metals using TSIL compoundInfo
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Description
[0001] DESCRIPCIÓN[0001] DESCRIPTION
[0002] Compuesto TSIL, procedim iento de preparación y procedim iento para la extracción selectiva de elementos de trans ic ión interna frente a metales de las series s, d y p em pleando el com puesto TSIL[0002] TSIL compound, preparation procedure and procedure for the selective extraction of inner transition elements from s, d and p series metals using the TSIL compound
[0004] SECTOR DE LA TÉCNICA[0004] TECHNICAL SECTOR
[0006] La presente invención se refiere a la preparación de un compuesto denominado líquido iónico de tarea específica (del inglésTask Specific ionio Liquid,TSIL) con fórmula química (5), que junto con un líquido iónico [CYPHOS NTf2] (6) generan una composición -mezcla extractante (5)+(6)- para su uso en procesos de extracción selectiva muy eficaz para extraer selectivamente los elementos conocidos como metales de transición interna (bloque f) frente a metales de las series s, d y p de la tabla periódica. Frente a estos últimos la selectividad de extracción por parte de la mezcla mencionada (5)+(6) es muy inferior o nula.[0006] The present invention relates to the preparation of a compound called a task-specific ionic liquid (TSIL) with chemical formula (5), which, together with an ionic liquid [CYPHOS NTf2] (6), generates a composition—an extractant mixture (5)+(6)—for use in highly effective selective extraction processes for selectively extracting elements known as inner transition metals (f-block) as opposed to metals of the s, d, and p series of the periodic table. The extraction selectivity of the aforementioned mixture (5)+(6) is much lower or nonexistent compared to the latter.
[0008] Ventajosamente, una vez concluido el proceso de extracción selectiva de los metales de transición interna empleando la mezcla extractante (5)+(6), es posible la recuperación íntegra del/de los metales complejados, posibilitando su reciclado para un uso posterior como mezcla extractante en un nuevo proceso o ciclo de extracción.[0008] Advantageously, once the selective extraction process of the internal transition metals using the extractant mixture (5)+(6) is completed, it is possible to fully recover the complexed metal(s), making it possible to recycle them for later use as an extractant mixture in a new extraction process or cycle.
[0010] Esta invención presenta múltiples aplicaciones en distintas áreas, destacando la extracción de los mencionados elementos, los cuales son bastante escasos y se hallan muy dispersamente distribuidos por la corteza terrestre. Además, también adquiere una gran dimensión en el área de la química nuclear y en la medicina nuclear.[0010] This invention has multiple applications in various fields, notably the extraction of the aforementioned elements, which are quite scarce and widely distributed throughout the Earth's crust. Furthermore, it also has significant applications in the fields of nuclear chemistry and nuclear medicine.
[0012] Así pues, es objeto de la presente invención, el compuesto TSIL con fórmula química (5), el procedimiento de preparación de dicho compuesto TSIL, así como el procedimiento de extracción selectiva de metales de transición interna (pertenecientes a los dos bloques f de la tabla periódica de los elementos) frente a los metales de las series s, d y p, empleando una mezcla extractante (5)+(6) a base del compuesto TSIL.[0012] Thus, the present invention relates to the compound TSIL with chemical formula (5), the process for preparing said compound TSIL, as well as the process for selectively extracting inner transition metals (belonging to the two f blocks of the periodic table of elements) from the metals of the s, d and p series, using an extractant mixture (5)+(6) based on the compound TSIL.
[0013] ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR[0013] PRIOR ART STATEMENT
[0015] Los elementos de transición internos ocupan una posición entre los elementos lantano (Z=57) y hafnio (Z=72), y entre actinio (Z=89) y rutherfordio (Z=104). Los elementos que siguen al lantano se denominan lantánidos o lantanoides, mientras que aquellos que siguen al actinio, son los actínidos o actinoides. Estos elementos, también denominados elementos del bloque f, se caracterizan por su escasez y dispersión en la corteza terrestre. La separación de uno de estos del resto de metales del citado grupo f y de los metales de los grupos s, d y p es una tarea muy difícil, tediosa y económicamente muy costosa.[0015] The inner transition elements occupy a position between lanthanum (Z=57) and hafnium (Z=72), and between actinium (Z=89) and rutherfordium (Z=104). The elements following lanthanum are called lanthanides or lanthanoids, while those following actinium are the actinides or actinoids. These elements, also called f-block elements, are characterized by their scarcity and dispersion in the Earth's crust. Separating one of these elements from the other f-block metals and from the s-, d-, and p-block metals is a very difficult, tedious, and economically costly task.
[0017] En general, los lantánidos se usan como catalizadores efectivos (ácidos de Lewis duros) en procesos químicos a nivel industrial. Pero los elementos de tierras raras (REE) son componentes necesarios e imprescindibles en más de 200 productos pertenecientes a una amplia gama de aplicaciones, especialmente productos de consumo de alta tecnología, como teléfonos móviles, discos duros de computadoras, vehículos eléctricos e híbridos y monitores y televisores de pantalla plana, en óptica, etc. Las aplicaciones militares de defensa son muy relevantes ya que la presencia de estos elementos en la fabricación de pantallas electrónicas, sistemas de guía, láseres y sistemas de radar y sonar, es crucial.[0017] In general, lanthanides are used as effective catalysts (hard Lewis acids) in industrial-scale chemical processes. However, rare earth elements (REEs) are essential components in over 200 products across a wide range of applications, particularly high-tech consumer products such as mobile phones, computer hard drives, electric and hybrid vehicles, and flat-screen monitors and televisions, as well as in optics, etc. Military and defense applications are highly relevant, as the presence of these elements is crucial in the manufacture of electronic displays, guidance systems, lasers, and radar and sonar systems.
[0019] Por otro lado, todos los actínidos son radiactivos y liberan energía tras sus correspondientes cadenas de desintegración. El uranio y el torio (naturales) y el plutonio (producido sintéticamente), son los actínidos más abundantes en la Tierra. Estos se utilizan en reactores nucleares, armas nucleares y en medicina nuclear.[0019] On the other hand, all actinides are radioactive and release energy through their respective decay chains. Uranium and thorium (naturally occurring) and plutonium (synthetically produced) are the most abundant actinides on Earth. These are used in nuclear reactors, nuclear weapons, and nuclear medicine.
[0021] Los métodos utilizados para separar y obtener elementos del bloque f exentos del resto de metales de las series s, d y p son muy numerosos [Jia, J.-P.; Huang, J.-J.; Ma, Z.-L.; Liu, X.-H.; Chen, X.-Y.; Li, J.-T.; He, L.-H.; Zhao, Z.-W.Trans. Nonferrous Met. Soc. China2020,30,3147-3160] y la mayoría de ellos se basan en procedimientos de extracción líquido-líquido. Existen otras alternativas como son el uso del modo de reciclaje del proceso de membrana líquida de renovación de fibra hueca (HFRLM) [Allahyari, S. A.; Ahmadi, S. J.; Minuchehra, A.; Charkhi, A.RSC Adv.2017, 7, 7413-7423.], una membrana líquida que contiene N,N,N0,N0-tetraoctil-3-oxapentanodiamida (TODGA) como el extractante [Panja, S.; Mohapatra, P. K.; Tripathi, S. C.; Manchanda V. K.Sep. Sci. Technol.2010,45,1112-1120], incluso por cromatografía líquida de alta resolución [Telmore, V. M.; Kumar, P.; Jaison, P. G.; Mhatre, A.; Naik, H.J. Radioanal. Nucl. Chem.2017,313,319-326; Friend, M. T.; Parker, T. G.; Mastren, T.; Mocko, V.; Brugh, M.; Birnbaum, E. R.; Fassbender, M. E.J. Chromatogr. A2020,1624,461219].[0021] The methods used to separate and obtain f-block elements free of the remaining s-, d-, and p-series metals are numerous [Jia, J.-P.; Huang, J.-J.; Ma, Z.-L.; Liu, X.-H.; Chen, X.-Y.; Li, J.-T.; He, L.-H.; Zhao, Z.-W. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 2020, 30, 3147–3160], and most of them are based on liquid-liquid extraction procedures. Other alternatives exist, such as the recycling mode of the hollow fiber renewal liquid membrane (HFRLM) process [Allahyari, S. A.; Ahmadi, S. J.; Minuchehra, A.; Charkhi, A.RSC Adv.2017, 7, 7413-7423.], a liquid membrane containing N,N,N0,N0-tetraoctyl-3-oxapentanediamide (TODGA) as the extractant [Panja, S.; Mohapatra, P.K.; Tripathi, S.C.; Manchanda V.K.Sep. Sci. Technol.2010,45,1112-1120], including by high-performance liquid chromatography [Telmore, V. M.; Kumar, P.; Jaison, P. G.; Mhatre, A.; Naik, H.J. Radioanal. Nucl. Chem.2017,313,319-326; Friend, M.T.; Parker, T.G.; Mastren, T.; Mocko, V.; Brugh, M.; Birnbaum, E.R.; Fassbender, M.E.J. Chromatogr. A2020,1624,461219].
[0022] Dentro de las extracciones líquido-líquido, existen procesos que utilizan un fosfato tampón [Silva, R. G.; Morais, C. A.; Oliveira, E. D.Miner. Eng.2019,134,402-416], otro que consiste en una nueva microextracción líquido-líquido dispersiva (DLLME) basada en un disolvente eutéctico profundo hidrofóbico [Sadeghi, S.; Davami, A.J. Mol. Liq.2019,291,111242], extracción líquido-líquido empleando ácidos grasos [Didi, M. A.; Villemin, D.; Abderrahim, O.; Azzouz, A.J. Radioanal. Nucl. Chem.2014,299,1191-1198], a través de un proceso de separación basado en el uso de ácido 2-[4-(2,4,4-trimetilpentan-2-il)fenoxi]acético (POAA) [Su, J.; Xu, R.; Ni, S.; Li, F.; Sun, X.J. Clean. Prod.2020,254,119931], el empleo de un quelante de alta eficiencia mediante la funcionalización del óxido de grafeno con diamida de fenantrolina (GO-PDA) [Li, F.; Yang, Z.; Weng, H.; Chen, G.; Lin, M.; Zhao, C.Chem. Eng. J.[0022] Within liquid-liquid extractions, there are processes that use a phosphate buffer [Silva, R. G.; Morais, C. A.; Oliveira, E. D. Miner. Eng. 2019, 134, 402-416], another that consists of a new dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) based on a deep hydrophobic eutectic solvent [Sadeghi, S.; Davami, A.J. Mol. Liq. 2019, 291, 111242], liquid-liquid extraction using fatty acids [Didi, M. A.; Villemin, D.; Abderrahim, O.; Azzouz, A.J. Radioanal. Nucl. Chem.2014,299,1191-1198], through a separation process based on the use of 2-[4-(2,4,4-trimethylpentan-2-yl)phenoxy]acetic acid (POAA) [Su, J.; Xu, R.; Ni, S.; Li, F.; Sun, X.J. Clean. Prod.2020,254,119931], the use of a high-efficiency chelating agent by functionalizing graphene oxide with phenanthroline diamide (GO-PDA) [Li, F.; Yang, Z.; Weng, H.; Chen, G.; Lin, M.; Zhao, C.Chem. Eng. J.
[0023] 2018,332,340-350], usando un extractor binario compuesto por 1,5-bis[o-(dioxifosforil)-petilfenoxi]-3-oxapentano y una amina como la trioctilamina [Safiulina, A. M.; Ivanets, D. V.; Kudryavtsev, E. M.; Baulin, D. V.; Baulin, V. E.; Tsivadze, A. Y.Rus. J. Inorg. Chem.2018,63,1679-1683], N-n-heptilanilina [Pawar, R. R.; Suryavanshi, V. J.; Salunkhe, S. T.; Patil, S. S.; Mulik, G. N.J. Radioanal. Nucl. Chem.2017,311,419-426.], un hexaacetato-calix(6)areno [Swamidoss, C. M. A.; Ramaswamy, K.; Tallam, V. G.Mat. Today: Proceedings2020, 954 957] o un ligando bidentado, 2,3-dihidroxinaftaleno [Tarafder, P. K.; Pradhan, S. K.; Mondal, R. K.J. Radioanal. Nucl. Chem.2016,309,1021-1028].[0023] 2018,332,340-350], using a binary extractor composed of 1,5-bis[o-(dioxyphosphoryl)-petylphenoxy]-3-oxapentane and an amine such as trioctylamine [Safiulina, A. M.; Ivanets, D.V.; Kudryavtsev, E.M.; Baulin, D.V.; Baulin, V.E.; Tsivadze, A. Y. Rus. J. Inorg. Chem.2018,63,1679-1683], N-n-heptylaniline [Pawar, R. R.; Suryavanshi, V.J.; Salunkhe, S.T.; Patil, S.S.; Mulik, G.N.J. Radioanal. Nucl. Chem.2017,311,419-426.], a hexaacetate-calix(6)arene [Swamidoss, C. M. A.; Ramaswamy, K.; Tallam, V.G.Mat. Today: Proceedings2020, 954 957] or a bidentate ligand, 2,3-dihydroxynaphthalene [Tarafder, P. K.; Pradhan, S.K.; Mondal, R.K.J. Radioanal. Nucl. Chem.2016,309,1021-1028].
[0025] El empleo de los líquidos iónicos (ILs) ha sido fundamental en muchos ejemplos de separación química selectiva, lo cual, se ha implementado también en esta área. Así, el empleo de IL junto con ligandos extractivos está muy bien documentado, por ejemplo, aminas [Zuo, Y . ;Chena, J.; Li, D.Sep. Pur. Tech.2008,63,684-690], 1,3-dicetonas (separación con SC-CO2) [Fu, J., Chen, Q.; Sun, T.; Shen, X.Sep. Pus'. Tech.2013,119,66-71], N,N-dialquilamidas (separación con SC-CO2) [Rao, A.; Tomar, B. S.Sep. Pur. Tech.2016,161,159-164], diglicolamidas [Luo, H. M.; Boll, R. A.; Bell, J. R.; Dai, S.Radiochim. Acta2012,100,771-777], óxidos de fosfina (separación con ácido oxálico) [Sengupta, A.; Singh, M.; Sundarajan, M.; Yuan, L.; Fang, Y.; Yuan, X.; Feng, W.Inor. Chem. Commun.2017,75,33 36; Turanov, A. N.; Karandashev, V. K.; Artyushin, O. I.; Sharova, E. V.; Khvostikov, V. A.Radiochem.2021,63,162-168; Turanov, A. N.; Karandashev, V. K.; Baulin, D. V.; Baulin, V. E.Russ. J. Gen. Chem.2020,90,1012-1019; Turanov A. N.; Karandashev, V. K.; Burmii, Zh, P.; Yarkevich, A. N.Russ. J. Gen. Chem.2022, 92, 418-423], empleando ligandos derivados de fosfano (decapando con soluciones ácidas) [Karamzadeh, Z.; Yaftian, M. R.; Shiri-Yekta, Z. ; Nilchi, A.; Dolatyari, L.Iran. J. Chem. Chem. Eng.2016, 35, 89-95], metilimidazoles [excelentes selectividades frente a uranio(VI) y Ln(III)] [Li, W.; Yang, S.; Lv, H.; Liu, Z.; Wu, J.; Li, S.; Shen, Y.Radiochim. Acta2016,104,681-690], con óxido de trioctilfosfina [Shiri-Yekta, Z.; Yaftian, M. R.; Nilchi, A.J. iran. Chem. Soc.2013,10,221-227], con una disolución acuosa de N,N'-dimetil-N,N'-dioctil-4-oxaheptanodiamida (DMDOHA) [Ren, P.; Li, Y.; Wang, Z.; Geng, Y.; Yu, T.; Hua, R.Chem. Pap.2020,74,2049-2057], con óxidos de carbamoilmetilfosfina (CMPO) [Turanov, A. N.; Karandashev, V. K.; Yarkevich, A. N.; Khvostikov, V. A.Radiochemistry2019,61,694-699; Turanova, A. N.; Karandashevb, V. K.; Yarkevichc A. N.Radiochemistry2013,55,382-387], con CMPO polimérico [Annam, S.; Rao, C. V. S. B.; Sivaraman, N.; Sivaramakrishna, A.; Vijayakrishna, K.React. Funct. Polym.2018,131,203 210], N,N,N,N-tetraoctildiglicolamida (TODGA) y otros derivados [Zhang, Y.; Liu, Z.; Fan, F.; Zhu, L.; Shen, Y.Sep. Sci. Technol.2014,49,1895-1902; Feng, S.; Xinghai Shen,Radiochim. Acta2020,108,757-767], amidas tetradentadas [Alyapyshev, M. Y.; Babain, V. A.; Tkachenko, L. I.Radiochemistry2014, 56, 565-574] y ácido N,N-di(2-etilhexil)-diglicolámico [Ibrahim, S. M.; Zhang, Y.; Xue, Y.; Yang, S.; Ma, F.; Tian, G.Solvent Ext. Ion Exc.2020,38,417-429]. Solo el IL como el nitrato de trioctylmethylammonio [A336][NO3] [Fu, X.; Zhang, F.; Wu, Q.; Li, Y.; Huang, Q.-G.; Yan, Z.-Y.J. Radioanal. Nuc. Chem.2021, 327:1251-1258].[0025] The use of ionic liquids (ILs) has been fundamental in many examples of selective chemical separation, and this has also been implemented in this area. Thus, the use of ILs together with extractive ligands is very well documented, for example, amines [Zuo, Y.; Chena, J.; Li, D. Sep. Pur. Tech. 2008, 63, 684-690], 1,3-diketones (separation with SC-CO2) [Fu, J.; Chen, Q.; Sun, T.; Shen, X. Sep. Pur. Tech. 2013, 119, 66-71], N,N-dialkylamides (separation with SC-CO2) [Rao, A.; Tomar, B. S. Sep. Pur. Tech. 2016, 161, 159-164], diglycolamides [Luo, H. M.; Boll, R.A.; Bell, JR; Dai, S.Radiochim. Acta2012,100,771-777], phosphine oxides (separation with oxalic acid) [Sengupta, A.; Singh, M.; Sundarajan, M.; Yuan, L.; Fang, Y.; Yuan, X.; Feng, W. Inor. Chem. Commun.2017,75,33 36; Turanov, A. N.; Karandashev, V.K.; Artyushin, O. I.; Sharova, E.V.; Khvostikov, V. A.Radiochem.2021,63,162-168; Turanov, A. N.; Karandashev, V.K.; Baulin, D.V.; Baulin, V. E. Russ. J. Gen. Chem.2020,90,1012-1019; Turanov A. N.; Karandashev, V.K.; Burmii, Zh, P.; Yarkevich, A. N. Russ. J. Gen. Chem.2022, 92, 418-423], using ligands derived from phosphane (stripping with acid solutions) [Karamzadeh, Z.; Yaftian, M.R.; Shiri-Yekta, Z. ; Nilchi, A.; Dolatyari, L. Iran. J. Chem. Chem. Eng.2016, 35, 89-95], methylimidazoles [excellent selectivities against uranium(VI) and Ln(III)] [Li, W.; Yang, S.; Lv, H.; Liu, Z.; Wu, J.; Li, S.; Shen, Y. Radiochim. Acta2016,104,681-690], with trioctylphosphine oxide [Shiri-Yekta, Z.; Yaftian, M.R.; Nilchi, A.J. Iran. Chem. Soc.2013,10,221-227], with an aqueous solution of N,N'-dimethyl-N,N'-dioctyl-4-oxaheptanediamide (DMDOHA) [Ren, P.; Li, Y.; Wang, Z.; Geng, Y.; Yu, T.; Hua, R. Chem. Pap.2020,74,2049-2057], with carbamoylmethylphosphine oxides (CMPO) [Turanov, A. N.; Karandashev, V.K.; Yarkevich, A. N.; Khvostikov, V. A.Radiochemistry2019,61,694-699; Turanova, A. N.; Karandashevb, V. K.; Yarkevichc A. N.Radiochemistry2013,55,382-387], with polymeric CMPO [Annam, S.; Rao, C. V. S. B.; Sivaraman, N.; Sivaramakrishna, A.; Vijayakrishna, K. React. Funct. Polym.2018,131,203 210], N,N,N,N-tetraoctyl diglycolamide (TODGA) and other derivatives [Zhang, Y.; Liu, Z.; Fan, F.; Zhu, L.; Shen, Y.Sep. Sci. Technol.2014,49,1895-1902; Feng, S.; Xinghai Shen, Radiochim. Acta2020,108,757-767], tetradentate amides [Alyapyshev, M. Y.; Babain, V. A.; Tkachenko, L. I.Radiochemistry2014, 56, 565-574] and N,N-di(2-ethylhexyl)-diglycolamic acid [Ibrahim, S. M.; Zhang, Y.; Xue, Y.; Yang, S.; Ma, F.; Tian, G.Solvent Ext. Ion Exc.2020,38,417-429]. Only IL such as trioctylmethylammonium nitrate [A336][NO3] [Fu, X.; Zhang, F.; Wu, Q.; Li, Y.; Huang, Q.-G.; Yan, Z.-Y.J. Radioanal. Nuc. Chem.2021, 327:1251-1258].
[0027] Sin embargo, el uso de los denominados líquidos iónicos específicos de proceso [en inglésTask Specific Ionic Liquids(TSIL)] combinados con líquidos iónicos no se han usado tan frecuentemente. Un TSIL basado en un fosforamidato se ha utilizado para la extracción selectiva de uranio [Xie, X.; Qin, Z.; He, Y.; Xiong, P.; Huang, Z.; Mao, Y.; Wei, H.; Zhuo, L.Sci. Rep.2017, 7, 15735-15746], otro TSIL formado por un líquido iónico funcionalizado con hexafluorofosfato de 1-[3[[(difenilfosfinil)acetil]amino]propil]-3-tetradecil-1H-3-imidazolio se empleó para la extracción general de Ln(III), Th(IV) y U(VI) [Turanov, A. N.; Karandashev, V. K.; Artyushin O. I.; Sharova E. V.Solvent Extr. Ion Exc.2015, 33, 540-553.], y varios TSIL similares a los descritos se desarrollaron para la extracción de actínidos [Sengupta, A.; Mohapatra, P. K.; Iqbal, M.; Huskens, J.; Verboom, W.Sep. Pur. Tech.2013,118,264-270; Ternova, D.; Ouadi, A.; Mazan, V.; Georg, S.; Boltoeva, M.; Kalchenko, V.; Miroshnichenko, S.; Billard, I.; Gaillard, C.J. Solution Chem.2018,47,1309-1325; Paramanik, M.; Raut, D. R.; Sengupta, A.; Ghosh, S. K.; Mohapatra, P. K.RSC Adv.2016, 6, 19763-19767; Saha, A.; Tiwari, N.; Deb, S. B.; Saxena, M. K.ChemistrySelect2019, 4, 7691-7697; María, L.; Cruz, A.; Carretas, J. M.; Monteiro, B.; Galinha, C.; Gomes, S. S.; Araújo, M. F.; Paiva, I.; Margalo, J.; Leal, J. P.Sep. Pur. Tech.2020,237,116354].[0027] However, the use of so-called task-specific ionic liquids (TSILs) combined with ionic liquids has not been as frequently used. A phosphoramidate-based TSIL has been used for the selective extraction of uranium [Xie, X.; Qin, Z.; He, Y.; Xiong, P.; Huang, Z.; Mao, Y.; Wei, H.; Zhuo, L. Sci. Rep. 2017, 7, 15735–15746]. Another TSIL consisting of an ionic liquid functionalized with 1-[3[[(diphenylphosphinyl)acetyl]amino]propyl]-3-tetradecyl-1H-3-imidazolium hexafluorophosphate was employed for the general extraction of Ln(III), Th(IV), and U(VI) [Turanov, A. N.; Karandashev, V. K.; Artyushin O. I.; Sharova E. V. Solvent Extr. Ion Exc.2015, 33, 540-553.], and several TSILs similar to those described were developed for the extraction of actinides [Sengupta, A.; Mohapatra, P.K.; Iqbal, M.; Huskens, J.; Verboom, W. Sep. Pur. Tech.2013,118,264-270; Ternova, D.; Ouadi, A.; Mazan, V.; Georg, S.; Boltoeva, M.; Kalchenko, V.; Miroshnichenko, S.; Billard, I.; Gaillard, C.J. Solution Chem.2018,47,1309-1325; Paramanik, M.; Raut, D.R.; Sengupta, A.; Ghosh, S.K.; Mohapatra, P. K.RSC Adv.2016, 6, 19763-19767; Saha, A.; Tiwari, N.; Deb, S.B.; Saxena, M. K. ChemistrySelect2019, 4, 7691-7697; Maria, L.; Cruz, A.; Carretas, J. M.; Monteiro, B.; Galinha, C.; Gomes, S.S.; Araújo, M. F.; Paiva, I.; Margalo, J.; Leal, J.P.Sep. Pur. Tech.2020,237,116354].
[0028] De acuerdo con todo lo descrito en estos antecedentes, y teniendo en cuenta que en ninguno de los ejemplos se dedica un apartado para la recuperación del sistema extractante TSIL-IL (donde IL corresponde a la siglas en inglés de líquido iónico,ionic liquid),sino solamente al porcentaje de recuperación del metal (decapado ostripping)al finalizar el proceso de extracción, en este documento de protección intelectual se detecta la necesidad de sintetizar un compuesto que permita la extracción selectiva de elementos de transición interna (lantánidos y actínidos) con muy baja afinidad por los elementos metálicos de las series d y p, y su posterior recuperación con un alto rendimiento (de al menos 95%), para su repetido uso en posteriores ciclos extractivos.[0028] In accordance with everything described in these backgrounds, and considering that in none of the examples is a section dedicated to the recovery of the TSIL-IL extractant system (where IL corresponds to the acronym for ionic liquid), but only to the percentage of metal recovery (stripping) at the end of the extraction process, in this intellectual property protection document the need is detected to synthesize a compound that allows the selective extraction of internal transition elements (lanthanides and actinides) with very low affinity for the metallic elements of the d and p series, and their subsequent recovery with a high yield (of at least 95%), for repeated use in subsequent extraction cycles.
[0030] DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN[0030] DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0032] En esta memoria la expresión "mezcla extractante" se refiere a la composición para uso en procesos de extracción selectiva de elementos de las series del bloque f de la tabla periódica (es decir, los elementos pertenecientes a las series de lantánidos y actínidos) en muestras que contienen a estos junto a otros metales de las series s, d y p, donde dicha mezcla extractante está formada por un líquido iónico compuesto TSIL con fórmula (5), disuelto en un líquido iónico (IL), utilizado como disolvente, donde el líquido iónico empleado es [CYPHOS NTf2] (6).[0032] In this memory the expression "extractant mixture" refers to the composition for use in selective extraction processes of elements from the f-block series of the periodic table (i.e., elements belonging to the lanthanide and actinide series) in samples containing these together with other metals from the s, d and p series, where said extractant mixture is formed by an ionic liquid compound TSIL with formula (5), dissolved in an ionic liquid (IL), used as a solvent, where the ionic liquid used is [CYPHOS NTf2] (6).
[0035] [0035]
[0038] La presente invención hace referencia, en un primer aspecto, a una molécula o compuesto TSIL con una fórmula química (5), así como a una formulación de una mezcla extractante que está formada por dicho compuesto (TSIL) de fórmula química (5), junto con el líquido iónico CYPHOS NTf2 (6).[0038] The present invention relates, in a first aspect, to a TSIL molecule or compound with a chemical formula (5), as well as to a formulation of an extractant mixture that is formed by said compound (TSIL) of chemical formula (5), together with the ionic liquid CYPHOS NTf2 (6).
[0039] También es objeto de la presente invención, el procedimiento de extracción selectiva de elementos actínidos y lantánidos con una alta afinidad frente a otros metales de las series s, d y p, empleando la mezcla extractante del compuesto TSIL con fórmula química (5). Es decir, también es objeto de la presente invención, la capacidad que ofrece la mencionada mezcla extractante (5)+(6) para realizar extracciones líquido-líquido de metales del bloque f frente a metales de las series s, d y p y su posterior recuperación y reciclado. Los metales de las series s, d y p se extraen con un bajo o nulo porcentaje durante el proceso de extracción empleando la mezcla extractante desarrollada.[0039] The present invention also relates to a process for the selective extraction of actinide and lanthanide elements with a high affinity for other s, d, and p-series metals, using the TSIL extractant mixture with chemical formula (5). That is, the present invention also relates to the ability of the aforementioned extractant mixture (5)+(6) to perform liquid-liquid extractions of f-block metals from s, d, and p-series metals, and their subsequent recovery and recycling. The s, d, and p-series metals are extracted in low or negligible amounts during the extraction process using the developed extractant mixture.
[0041] Ventajosamente, la mezcla extractante elaborada a partir del compuesto TSIL de formula química (5) y el IL (6) puede ser reciclada una vez concluida la extracción y separación de los elementos extraídos.[0041] Advantageously, the extractant mixture made from the compound TSIL of chemical formula (5) and IL (6) can be recycled after the extraction and separation of the extracted elements is completed.
[0043] Se reproduce a continuación el compuesto TSIL de fórmula (5) sintetizado, siendo objeto de protección no solo dicho compuesto sino también una sal químicamente aceptable del mismo.[0043] The synthesized TSIL compound of formula (5) is reproduced below, and not only this compound but also a chemically acceptable salt thereof is subject to protection.
[0046] [0046]
[0049] Por otro lado, también es objeto de protección la mezcla extractante o composición para su uso en procesos de extracción selectiva de metales de las dos series f, de forma que dicha mezcla extractante se forma a partir del compuesto TSIL de fórmula (5) y del líquido iónico empleado como disolvente [CYPHOS NTf2] (6), el cual es comercialmente asequible o bien preparado fácilmente a través de un intercambio iónico sencillo. En la mezcla extractante el compuesto TSIL de fórmula (5) está adicionado en proporciones variables, siendo su concentración preferente de 0.005 M.[0049] On the other hand, the extractant mixture or composition for use in selective extraction processes of metals from the two f series is also protected, such that said extractant mixture is formed from the TSIL compound of formula (5) and the ionic liquid used as a solvent [CYPHOS NTf2] (6), which is commercially available or readily prepared through simple ion exchange. In the extractant mixture, the TSIL compound of formula (5) is added in varying proportions, with a preferred concentration of 0.005 M.
[0052] [0052]
[0055] Así, el procedimiento de preparación del compuesto TSIL con fórmula química (5) se realiza a partir del antibiótico ciprofloxacina (1) empleando transformaciones de grupos funcionales convencionales. Concretamente, la síntesis del compuesto TSIL (5) tiene lugar en tres etapas realizadas bajo condiciones suaves (es decir, utilizando temperatura entre ambiente y 0°C, presión atmosférica de aire, etc.) y viables a escala industrial.[0055] Thus, the preparation of the compound TSIL with chemical formula (5) is carried out from the antibiotic ciprofloxacin (1) using conventional functional group transformations. Specifically, the synthesis of the compound TSIL (5) takes place in three steps performed under mild conditions (i.e., using a temperature between ambient and 0°C, atmospheric air pressure, etc.) and is viable on an industrial scale.
[0057] En primer lugar, se obtiene el compuesto intermedio (2) tras la reacción de W-alquilación de la ciprofloxacina (1) con 1-bromoetano en presencia de exceso de W,W-diisopropil(etil)amina (DIPEA), preferentemente, en una mezcla de agua y acetonitrilo a 40°C durante 16 h.[0057] First, the intermediate compound (2) is obtained by W-alkylation reaction of ciprofloxacin (1) with 1-bromoethane in the presence of excess W,W-diisopropyl(ethyl)amine (DIPEA), preferably in a mixture of water and acetonitrile at 40°C for 16 h.
[0060] [0060]
[0063] En la segunda etapa, se sintetiza la amida de Weinreb (4) a partir de una reacción de amidación usando exceso de W,0-dimetilhidroxilamina (3), preferentemente, en presencia de cloruro de tionilo en diclorometano (DCM) y trietilamina, a 0°C y durante 30 minutos.[0063] In the second step, Weinreb amide (4) is synthesized from an amidation reaction using excess W,0-dimethylhydroxylamine (3), preferably in the presence of thionyl chloride in dichloromethane (DCM) and triethylamine, at 0°C and for 30 minutes.
[0064] [0064]
[0067] La tercera etapa, que conduce a la estructura final del TSIL (5), consiste en una alquilación mediante la adición de exceso de 1-yodononano sobre el producto intermedio (4) usando como disolvente acetonitrilo, preferentemente, y manteniendo la mezcla a reflujo durante dos días. El compuesto resultante, una vez purificado, fue tratado con bis(trifurometanosulfonil)amiduro de litio para generar el producto final (5) mediante intercambio iónico.[0067] The third step, leading to the final TSIL structure (5), consists of alkylation by adding excess 1-iodononane to the intermediate product (4) using acetonitrile as the solvent, preferably, and refluxing the mixture for two days. The resulting compound, once purified, was treated with lithium bis(trifuromethanesulfonyl)amide to generate the final product (5) by ion exchange.
[0070] [0070]
[0073] Se debe destacar que la principal interacción de los metales de transición interna con el TSIL (5), que actúa como quelatante selectivo, tiene lugar a través de la zona 1,3-dicarbonílica potenciada por el carácter dador proporcionada por la amida de Weinreb. Se presume que este efecto inductivo endurece mucho más el carácter de base de Lewis de la mencionada área dicarbonílica, la cual le permite tener más alta afinidad por los ácidos de Lewis más duros de la tabla periódica de los elementos (como es el caso de los elementos del bloque f).[0073] It should be noted that the main interaction of inner transition metals with TSIL(5), which acts as a selective chelating agent, occurs through the 1,3-dicarbonyl region, enhanced by the donor character provided by the Weinreb amide. This inductive effect is presumed to further strengthen the Lewis base character of the aforementioned dicarbonyl region, allowing it to have a higher affinity for the harder Lewis acids in the periodic table of elements (such as the f-block elements).
[0075] Por otro lado, la presente invención hace referencia al procedimiento de extracción selectiva de metales de transición interna, empleando el compuesto TSIL de fórmula (5). Ventajosamente, dicho procedimiento permite la posterior separación y recuperación de la mezcla extractante para su reciclado, de forma que dicho procedimiento puede ser adaptado e implementado a una escala superior. Tal como se detalla a continuación, el procedimiento de extracción selectivo de los metales del bloque f de la tabla periódica frente a otros metales de las series s, d y p se realiza a pH de 6.[0075] On the other hand, the present invention relates to the selective extraction process of inner transition metals, using the compound TSIL of formula (5). Advantageously, this process allows for the subsequent separation and recovery of the extractant mixture for recycling, so that the process can be adapted and implemented on a larger scale. As detailed below, the selective extraction of f-block metals from other s-, d-, and p-series metals is carried out at pH 6.
[0077] Así, concretamente, las siguientes etapas forman el procedimiento de extracción selectiva de los metales del bloque f en una muestra que contiene metales de este bloque f y otros metales de las series s, d y p:[0077] Thus, specifically, the following steps form the procedure for selectively extracting f-block metals from a sample containing f-block metals and other s, d, and p-series metals:
[0079] - Preparación de una composición extractante a partir del compuesto TSIL de fórmula (5) y el líquido iónico [CYPHOS NTf2] (6), donde el compuesto TSIL con fórmula (5) está adicionado en proporciones variables, preferentemente en una concentración de 0.005 M.[0079] - Preparation of an extractant composition from the TSIL compound of formula (5) and the ionic liquid [CYPHOS NTf2] (6), wherein the TSIL compound of formula (5) is added in varying proportions, preferably at a concentration of 0.005 M.
[0080] - Introducción en un tubo de ensayo de una muestra a separar que contiene un metal o varios metales del bloque f y otros metales pertenecientes a las series s, d y p. Ajuste de la muestra a un pH de 6 mediante la adición de un tampón fosfato.[0080] - Introduction into a test tube of a sample to be separated containing one or more metals from the f block and other metals belonging to the s, d and p series. Adjustment of the sample to a pH of 6 by the addition of a phosphate buffer.
[0081] - Introducción en un tubo de ensayo (con volumen superior a 5 ml) de la muestra preparada en la etapa anterior y adición de la composición extractante preparada en la primera etapa, en una proporción de, al menos, 2:1 siendo 1 la composición extractante.[0081] - Introduction into a test tube (with a volume greater than 5 ml) of the sample prepared in the previous step and addition of the extractant composition prepared in the first step, in a ratio of at least 2:1, where 1 is the extractant composition.
[0082] - Agitación del tubo de ensayo con la disolución preparada en la etapa anterior durante al menos 3 minutos.[0082] - Shake the test tube with the solution prepared in the previous step for at least 3 minutes.
[0083] - Reposo de la disolución preparada en la etapa anterior, diferenciándose dos fases liquido-liquido de diferentes densidades.[0083] - Resting of the solution prepared in the previous stage, differentiating two liquid-liquid phases of different densities.
[0084] - Separación de las dos fases, donde la fase orgánica corresponde a la composición extractante que incluye al o a los metales de las series f contenido inicialmente en la muestra a separar.[0084] - Separation of the two phases, where the organic phase corresponds to the extractant composition which includes the f series metals initially contained in the sample to be separated.
[0085] - Adición a la fase orgánica recuperada en la etapa anterior de una disolución acidulada a pH de 0.5.[0085] - Addition to the organic phase recovered in the previous stage of an acidified solution at pH 0.5.
[0086] - Agitación de la disolución obtenida en la etapa anterior.[0086] - Agitation of the solution obtained in the previous stage.
[0087] - Reposo de la disolución preparada en la etapa anterior, diferenciándose dos fases liquido-liquido de diferentes densidades.[0087] - Resting of the solution prepared in the previous stage, differentiating two liquid-liquid phases of different densities.
[0088] - Separación de las dos fases, donde la fase orgánica corresponde a la composición extractante y la fase acuosa que contiene al o a los metales de las series del bloque f.[0088] - Separation of the two phases, where the organic phase corresponds to the extractant composition and the aqueous phase contains the metal(s) of the f-block series.
[0089] Así, de forma ventajosa, el procedimiento descrito permite recuperar, al menos, el 95% de la fase orgánica que corresponde a la composición extractante que contiene al compuesto TSIL de formula (5).[0089] Thus, advantageously, the described procedure allows the recovery of at least 95% of the organic phase corresponding to the extractant composition containing the TSIL compound of formula (5).
[0091] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS[0091] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
[0093] Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de imágenes o figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:[0093] To complement the description that follows and to help in a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred embodiment thereof, a set of images or figures is included as an integral part of said description, in which, for illustrative and non-limiting purposes, the following has been represented:
[0095] La figura 1 muestra un esquema del proceso de extracción selectiva del o de los metales del bloque f frente a los metales de las series s, d y p y del procedimiento de una realización preferente de la invención.[0095] Figure 1 shows a schematic of the selective extraction process of the f-block metal(s) versus the s, d and p-series metals and of the procedure of a preferred embodiment of the invention.
[0097] La figura 2 muestra un esquema del procedimiento seguido para la recuperación del o de los metales del bloque f, de una disolución empleada en el procedimiento detallado en la figura anterior.[0097] Figure 2 shows a schematic of the procedure followed for the recovery of the f-block metal(s) from a solution used in the procedure detailed in the previous figure.
[0099] DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN[0099] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0101] Tal y como se ha comentado anteriormente, el primer paso de la síntesis del compuesto TSIL con fórmula (5) consiste en la W-alquilación de la ciprofloxacina (1) (comercialmente asequible) con bromuro de etilo, preferentemente, en una mezcla de acetonitrilo/agua. (Esquema 1).[0101] As discussed above, the first step in the synthesis of the TSIL compound with formula (5) consists of the W-alkylation of ciprofloxacin (1) (commercially available) with ethyl bromide, preferably in an acetonitrile/water mixture. (Scheme 1).
[0104] [0104]
[0105] El segundo paso de reacción consistió en una amidación de Weinreb sobre (2) empleando W,0-dimetilhidroxilamina (3), tras la generaciónin situdel cloruro de ácido correspondiente con cloruro de tionilo en diclorometano y trietilamina, a 0°C y durante 30 minutos. Este compuesto, preferentemente, se lavó con agua en tres ocasiones y el producto (4) fue recristalizado en dietil éter (Esquema 2).[0105] The second reaction step consisted of an amidation of Weinreb on (2) using W,O-dimethylhydroxylamine (3), after in situ generation of the corresponding acid chloride with thionyl chloride in dichloromethane and triethylamine, at 0°C for 30 minutes. This compound was preferably washed with water three times and the product (4) was recrystallized from diethyl ether (Scheme 2).
[0107] [0107]
[0110] El último paso del proceso sintético involucra a la molécula (4) la cual se sometió a una reacción con un equivalente de 1-yodononano, preferentemente, en acetonitrilo a reflujo durante dos días. El disolvente se evaporó a vacío y a continuación se realizó el intercambio iónico con el bis(trifluorosulfonil)amiduro de litio en diclorometano a temperatura ambiente durante 8 horas (Esquema 3). El TSIL (5) se aisló con un rendimiento final del 86%.[0110] The final step of the synthetic process involves molecule (4), which was reacted with one equivalent of 1-iodononane, preferably in refluxing acetonitrile for two days. The solvent was evaporated under vacuum, and then ion exchange was performed with lithium bis(trifluorosulfonyl)amide in dichloromethane at room temperature for 8 hours (Scheme 3). TSIL (5) was isolated with a final yield of 86%.
[0112] [0112]
[0115] Ejemplos[0115] Examples
[0117] Ejemplo 1: Preparación del com puesto (2)[0117] Example 1: Preparation of compound (2)
[0118] Se preparó una disolución en un matraz de 1 equivalente de clorohidrato de ciprofloxacina en MeCN:H2O (30 mL/mmoL) con 6.66 equivalentes de diisopropiletilamina en un baño de hielo en condiciones inertes. A continuación, se añadieron gota a gota 5 equivalentes de bromoetano y 0.10 equivalentes de yoduro de potasio. Se agitó durante 1 hora. Más tarde, se colocó el matraz en un baño de aceite a 40°C y se agitó durante 16 h. Finalmente, se evaporó el disolvente a vacío y se disolvió el residuo en 40 mL de DCM y se lavó con una disolución de tampón fosfato a pH = 6.5. La fase orgánica se secó con MgSÜ4y se evaporó el disolvente a presión reducida para obtener el compuesto (2) como un sólido blanco. Rendimiento 92%.[0118] A solution of 1 equivalent of ciprofloxacin hydrochloride in MeCN:H2O (30 mL/mmoL) was prepared in a flask with 6.66 equivalents of diisopropylethylamine in an ice bath under inert conditions. Five equivalents of bromoethane and 0.10 equivalents of potassium iodide were then added dropwise. The mixture was stirred for 1 hour. The flask was then placed in an oil bath at 40°C and stirred for 16 hours. Finally, the solvent was evaporated under vacuum, and the residue was dissolved in 40 mL of DCM and washed with a phosphate buffer solution at pH 6.5. The organic phase was dried with MgSO4, and the solvent was evaporated under reduced pressure to obtain compound (2) as a white solid. Yield 92%.
[0120] Ejemplo 2: Preparación del com puesto (4)[0120] Example 2: Compound preparation (4)
[0121] Se añadió en un matraz de fondo redondo 1 equivalente del compuesto (2) junto a 3 equivalentes de trietilamina y la mínima cantidad de DCM seco. Después se añadió, bajo condiciones inertes, y a 0°C, 3 equivalentes de W,0-dimetilhidroxilamina (3), 3 equivalentes de trietilamina, y 1.1 equivalentes de cloruro de tionilo. Se agitó durante 30 minutos a esta temperatura. A continuación, se eliminaron los compuestos volátiles bajo vacío. El residuo se disolvió en cloroformo y se lavó 3 veces con una disolución saturada de bicarbonato sódico para eliminar las sales de amonio. Más tarde, se lavó 3 veces con una disolución saturada de carbonato potásico para eliminar el compuesto (2) sin reaccionar. El disolvente orgánico se secó con sulfato de magnesio y el disolvente se evaporó a vacío. Finalmente, el compuesto (4) se obtuvo como un sólido amarillento tras recristalización con dietil éter. Rendimiento 88%.[0121] One equivalent of compound (2) was added to a round-bottom flask along with three equivalents of triethylamine and the minimum amount of dry DCM. Then, under inert conditions and at 0°C, three equivalents of W,O-dimethylhydroxylamine (3), three equivalents of triethylamine, and 1.1 equivalents of thionyl chloride were added. The mixture was stirred for 30 minutes at this temperature. The volatile compounds were then removed under vacuum. The residue was dissolved in chloroform and washed three times with a saturated sodium bicarbonate solution to remove ammonium salts. It was then washed three times with a saturated potassium carbonate solution to remove unreacted compound (2). The organic solvent was dried with magnesium sulfate, and the solvent was evaporated under vacuum. Finally, compound (4) was obtained as a yellowish solid after recrystallization with diethyl ether. Yield 88%.
[0123] Ejemplo 3: Preparación del com puesto (5)[0123] Example 3: Preparation of the compound (5)
[0124] Se preparó en un tubo de presión una disolución de 1 equivalente del compuesto (4) junto con 2 equivalentes de 1-yodononano con la mínima cantidad posible de acetonitrilo seco en condiciones inertes. Se agitó a reflujo durante 2 días. A continuación, se eliminó el disolvente a presión reducida y el residuo se disolvió en cloroformo y se añadió 1.3 equivalentes de bistriflamida de litio (disuelto en agua). Se dejó agitar toda la noche. A continuación, se lavó la fase acuosa 3 veces, se combinaron las fracciones del disolvente orgánico y se lavó con agua otras 3 veces. La fase orgánica se secó con MgSÜ4y el disolvente se eliminó por rotaevaporación. El compuesto (5) se obtuvo como un sólido blanco tras recristalización con acetato de etilo. Rendimiento 86%.[0124] A solution of 1 equivalent of compound (4) was prepared in a pressure tube along with 2 equivalents of 1-iodononane using the minimum possible amount of dry acetonitrile under inert conditions. The mixture was stirred under reflux for 2 days. The solvent was then removed under reduced pressure, and the residue was dissolved in chloroform. 1.3 equivalents of lithium bistriflamide (dissolved in water) was added, and the mixture was stirred overnight. The aqueous phase was then washed 3 times, the organic solvent fractions were combined, and the mixture was washed with water 3 times. The organic phase was dried with MgSO4, and the solvent was removed by rotary evaporation. Compound (5) was obtained as a white solid after recrystallization with ethyl acetate. Yield 86%.
[0126] Ejemplo 4: Procesos de extracción selectiva de elementos de las series f a pH = 6 Dado el interés de la extracción de elementos pertenecientes a las series f, para realizar la extracción de los analitos (metales de las series f y series d, por ejemplo) en una muestra acuosa A, se toman 5 ml de la muestra acuosa A en un tubo de ensayo y el pH se ajusta con disoluciones de tampón fosfato a pH 6. Se añaden 1 mL del extractante [0.005 M del compuesto (5) en (6)] (disolución B). Se agita el tubo de ensayo durante 3 minutos en un vórtex y se deja reposar la mezcla. A continuación, se separan las dos fases, quedando el/los metal/les de la serie de transición interna en la disolución B y el resto de metales (véase tabla 1) en la muestra acuosa A.[0126] Example 4: Selective Extraction Processes of f-Series Elements at pH 6 Given the interest in extracting elements belonging to the f-series, to perform the extraction of the analytes (metals of the f-series and d-series, for example) from an aqueous sample A, 5 mL of aqueous sample A are taken in a test tube and the pH is adjusted to pH 6 with phosphate buffer solutions. 1 mL of the extractant [0.005 M of compound (5) in (6)] (solution B) is added. The test tube is vortexed for 3 minutes and the mixture is allowed to stand. The two phases are then separated, with the inner transition metal(s) remaining in solution B and the remaining metals (see Table 1) in aqueous sample A.
[0128] La figura 1 muestra el esquema detallado del proceso de extracción selectiva de los metales de transición interna, como por ejemplo Th, U , Lu, Yb, Gd, Nd, Sm, La, Y, Ce, Eu, Sc, Pr, Tb, Dy, Ho, Er, Tm (véase Tabla 1), frente al resto de metales de la tabla periódica.[0128] Figure 1 shows the detailed scheme of the selective extraction process of inner transition metals, such as Th, U, Lu, Yb, Gd, Nd, Sm, La, Y, Ce, Eu, Sc, Pr, Tb, Dy, Ho, Er, Tm (see Table 1), versus the rest of the metals in the periodic table.
[0130] La eficiencia de la extracción de los metales de las series f y del resto de metales (series s, p y d) de la tabla periódica con la disolución B se calculó a través de la determinación de la concentración de estos elementos en la fase acuosa (A). El contenido de los metales del bloque f en la fase orgánica (B) se estima por diferencia con el contenido en la fase acuosa (A). La relación de concentraciones (disolución B/muestra acuosa A) es una medida del coeficiente de distribución del analito (K). Así, a mayor coeficiente de distribución del analito (K), mayor es la eficiencia de extracción.[0130] The extraction efficiency of f-block metals and the remaining metals (s, p, and d series) from the periodic table using solution B was calculated by determining the concentration of these elements in the aqueous phase (A). The content of f-block metals in the organic phase (B) was estimated by difference from the content in the aqueous phase (A). The concentration ratio (solution B/aqueous sample A) is a measure of the analyte distribution coefficient (K). Thus, a higher analyte distribution coefficient (K) indicates greater extraction efficiency.
[0132] Para determinar la concentración de cada elemento, se analizó la disolución acuosa (A) mediante espectrometría de masas con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-MS). Para ello, se selecciona el isótopo más abundante y libre de interferencias de cada elemento y se registra la señal en la muestra acuosa (A). A partir de la señal obtenida, y a través de la señal obtenida con patrones de concentración conocida, se puede calcular la concentración de cada elemento en la muestra.[0132] To determine the concentration of each element, the aqueous solution (A) was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). For this purpose, the most abundant and interference-free isotope of each element was selected, and its signal was recorded in the aqueous sample (A). From this signal, and using the signal obtained with standards of known concentration, the concentration of each element in the sample could be calculated.
[0134] La tabla 1 muestra algunos ejemplos del coeficiente de distribución respecto a la mezcla extractante que contiene el compuesto TSIL de formula (5) referido a la concentración inicial de 0.005 M (K) a pH 6, los cuales han sido calculados conforme al proceso detallado previamente. El coeficiente K de la tabla 1 es el cociente entre la concentración del metal en la fase orgánica y la fase acuosa tras la extracción.[0134] Table 1 shows some examples of the distribution coefficient for the extractant mixture containing the TSIL compound of formula (5) at an initial concentration of 0.005 M (K) at pH 6, which were calculated according to the process detailed above. The coefficient K in Table 1 is the ratio of the metal concentration in the organic phase to the aqueous phase after extraction.
[0136] Así, en la tabla 1 se observa el valor de coeficientes de distribución obtenido para los metales de las series f, así como para otros elementos metálicos de la Tabla Periódica que pueden encontrarse en presencia de ellos a pH = 6.[0136] Thus, in Table 1, the distribution coefficient values obtained for the f-series metals, as well as for other metallic elements of the Periodic Table that may be found in their presence at pH = 6, can be observed.
[0137] T l 1. K rmin H = .[0137] T l 1. K rmin H = .
[0139] [0139]
[0142] Como se puede apreciar, a partir de los datos recogidos en la tabla anterior, el coeficiente de distribución K calculado para los metales de las series f resultó ser enormemente superior a la mayoría del resto de metales de la tabla periódica. La mezcla extractante en la que aparece TSIL de formula (5) y el disolvente 6 resultó ser extremadamente selectiva.[0142] As can be seen from the data collected in the table above, the distribution coefficient K calculated for the f-series metals was significantly higher than for most other metals in the periodic table. The extractant mixture containing TSIL of formula (5) and solvent 6 proved to be extremely selective.
[0144] E jemplo 5: Liberación del metal extraído y recuperación de la mezcla (5+6) [con reciclado del sistem a de extracción (5)+(6)].[0144] Example 5: Release of extracted metal and recovery of mixture (5+6) [with recycling of extraction system (5)+(6)].
[0145] Para realizar la recuperación de la mezcla (5)+(6) pura y sin ningún metal, a la disolución B que contiene los metales lantánidos y actínidos en un tubo de ensayo se le añade una disolución C (5 ml) de una disolución con ácido nítrico a pH = 0.5. Se agita el tubo de ensayo en un vórtex durante 3 minutos y se separa la disolución acuosa de la orgánica, recuperándose (5)+(6) y la fase acuosa conteniendo los metales de las series f.[0145] To recover the pure (5)+(6) mixture without any metal, a solution C (5 ml) of a solution with nitric acid at pH = 0.5 is added to solution B containing the lanthanide and actinide metals in a test tube. The test tube is shaken in a vortex for 3 minutes and the aqueous solution is separated from the organic one, recovering (5)+(6) and the aqueous phase containing the f series metals.
[0147] La figura 2 muestra el esquema detallado del proceso de recuperación de la mezcla (5)+(6).[0147] Figure 2 shows the detailed scheme of the mixture recovery process (5)+(6).
[0149] La recuperación de la disolución B pura con estos metales de transición interna fue superior al 95% y se pudo usar en varios ciclos extractivos. Es decir, esta recuperación permite el reciclado y su uso en otro ciclo extractante.[0149] The recovery of pure solution B with these internal transition metals was greater than 95% and could be used in several extraction cycles. That is, this recovery allows for recycling and its use in another extraction cycle.
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