検索対象:     
報告書番号:
※ 半角英数字
 年 ~ 
 年

ジルコニウム錯体のクラスター形成を考慮した溶媒抽出平衡解析

Analysis of solvent extraction equilibria with consideration of cluster formation of zirconium complexes

岡村 浩之  ; 上田 祐生 ; 元川 竜平  ; Mu, J.*; Masters, A. J.*; Antonio, M. R.*

Okamura, Hiroyuki; Ueda, Yuki; Motokawa, Ryuhei; Mu, J.*; Masters, A. J.*; Antonio, M. R.*

近年、有機溶媒中での金属-抽出剤錯体クラスターの形成が液-液抽出において重要な役割を果たすことが示された。液-液抽出に関しては、多数の反応機構が提案されているが、溶質濃度が高い条件においては、金属-抽出剤の化学量論を評価するスロープ解析法の適用が困難になる。そこで本研究では、抽出過程における有機相中でのクラスター凝集体形成を考慮した、実用的な液-液系のための溶媒抽出平衡解析を行った。分子動力学(MD)シミュレーションを行ったところ、${it n}$-オクタン中で1から9個のZr(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$(TBP)$$_{2}$$錯体が凝集したクラスターを形成していることが見出され、各クラスターの組成とモル分率を算出できた。さらに、抽出平衡反応を検討することで、MD解析で得られたパラメータから各クラスターの抽出平衡定数K$$_{ex, j}$$(${it j}$ = 1-9)を求めることができ、K$$_{ex, j}$$から計算した分配比の曲線は、実験値とよく一致した。したがって、1回のMDシミュレーションからクラスター化/凝集液-液抽出系における分配比曲線を正確に再現でき、スロープ解析法の限界を克服することに成功した。

Recently, cluster formation of metal-extractant complexes in organic solvents has been shown to play important roles in liquid-liquid extraction. Although a number of reaction mechanisms have been proposed for liquid-liquid extraction, application of slope analysis method for evaluating metal-extractant stoichiometry fails when the solute concentrations are high. In this study, we performed the analysis of solvent extraction equilibria for practical liquid-liquid systems with consideration of the formation of cluster aggregates in the organic phase during the extraction process. Molecular dynamics (MD) simulation indicates the formation of aggregated clusters of 1 to 9 Zr(NO$$_{3}$$)$$_{4}$$(TBP)$$_{2}$$ complexes in ${it n}$-octane, leading to the determination of composition and molar fraction of each cluster. Furthermore, the extraction equilibrium reactions were studied, and the extraction equilibrium constant K$$_{ex,j}$$ (${it j}$ = 1-9) for each cluster could be determined from the parameters obtained by the MD analysis. The distribution curve calculated from K$$_{ex,j}$$ agrees well with the experimental values. Therefore, one MD simulation can accurately reproduce the distribution curve in the clustering/aggregation liquid-liquid extraction system, which enabled us to overcome the limitations of slope analysis method.

Access

:

- Accesses

InCites™

:

Altmetrics

:

[CLARIVATE ANALYTICS], [WEB OF SCIENCE], [HIGHLY CITED PAPER & CUP LOGO] and [HOT PAPER & FIRE LOGO] are trademarks of Clarivate Analytics, and/or its affiliated company or companies, and used herein by permission and/or license.