Ion-pairing extraction and their reaction modeling of anionic M-Cl species with cationic NTAamide(C6) extractant and comparison with density functional theory calculations

陽イオン性のNTAアミド(C6)抽出剤と陰イオン、M-Cl種、のイオン対抽出と反応モデリング

木下 了磨; 佐々木 祐二  ; 金子 政志   ; 松宮 正彦*; 新奥 孝太*; 城石 英伸*

Kinoshita, Ryoma; Sasaki, Yuji; Kaneko, Masashi; Matsumiya, Masahiko*; Shinoku, Kota*; Shiroishi, Hidenobu*

原子力機構が開発した金属イオンの抽出剤NTAアミド(C6)の適用性を、一般産業分野における利用も視野にいれて各種の金属について調べた。塩化物イオンと高い反応性を持つ20種の金属イオンの溶媒抽出を行い、抽出しやすさや反応性を確認した。これらの金属は塩酸溶液でアニオン種として溶存するが、NTAアミドは第3級アミンを持ち塩酸溶液でプロトネーションを起こしカチオン性となるため、イオン対抽出反応が起こる。金属イオンの分配比は硝酸系より塩酸系で高く、金属イオン:NTAアミドのモル比が1:1で有機相に抽出される。12族の3種の元素(Zn, Cd, Hg)を取り上げ、DFT計算でイオン対抽出のモデリングを行い、分配比を算出し、実測値と同じ傾向であることを確かめた。

Solvent extraction is conducted using a total of 20 metals revealing high stability constants with Cl and hexahexyl-nitrilotriacetamide (NTAamide(C6)) extractant. The metals used here may behave as anions at high Cl concentrations, and NTAamide(C6), which contains a tertiary N atom, is protonated under acidic conditions. Most of the metal ions in this study display higher distribution ratios (D(M)) from HCl than those from HNO, and exhibit 1:1 stoichiometries with NTAamide. Following the experimental results, the association constants and distribution coefficients of the group 12 elements are calculated via ion-pair extraction modeling using density functional theory calculations, and the simulations of D yield calculated values with the same trend as that of the measured values.