[发明专利]金属和/或准金属的流体萃取

说明书

                       本发明领域

本发明涉及一种从固体和液体中萃取准金属和金属的方法，更具体地说，涉及一种从废物中有效地萃取金属的处理方法。

                       本发明背景

废物的处理和处置是严重的社会和经济课题。全球工业界花费了大量的金钱降低暴露毒性物质的环境的生物危害。一个特殊的环境问题是从固体或液体工业废物中除去毒性金属和放射性同位素。这种污染物可以通过例如用能溶解金属的酸处理污物而从污物中除去污染物。酸溶解过程后进行选择性沉淀、电解冶金或溶剂萃取。但不幸的是，酸的溶解过程是非专一的，通常会产生许多的副产物，这些副产物以其自身的特性造成严重的环境问题。

另一种除毒方法是将污染物包封在一个容器或不溶性基质中以防止它们进入环境。这种方法仍然需要贮存大量的基质，不能再生或使污染物重复使用。因此，人们仍然需要一种生物相容的废物处理方法，该方法应能有效且实际可行地从污染物中分离金属。另外，还需要一种生物相容、允许选择性再生及污染物重复使用的方法。

本发明人之一此前已公开了以下的技术，即金属的增强萃取可用离子化的冠醚如冠醚羧酸。本发明人发现，这此大环醚具有空腔，它可通过用离子化的侧链将吸收这些物质而选择性地萃取锕系元素和镧系元素。然后，金属离子插入大环的空腔以形成螯合物。参见Analyst，1134：452-453(1989)and Anal.Chem 58：3233-3235(1986)。这种吸收离子并将其插入环中的机理将这些化合物称之为“lariat冠醚”。在上述文献中，冠醚羧酸(对称-二苯并-16-冠-5-氧杂乙酸)被用于从水溶液中萃取镧系元素进入有机相，该过程高效且实际可行。US4,908,135公开了类似的使用不同的冠醚分离仲胺和叔胺的方法，而US4,942,149给出了用另外的冠醚分离外消旋化合物的方法。

未涉及的溶剂萃取方法是流体萃取如超临界流体萃取法。超临界流体通常在室温下为气体，但将其保持在高于临界温度和压力的温度和压力下，流体会表现在比次临界条件下的溶剂更好的性能。超临界溶剂可以用于萃取有机物质如从咖啡豆中萃取咖啡因。US4,911,941提供了超临界二氧化碳萃取咖啡因的实例，其中将生咖啡豆定期通过萃取容器，并连续与超临界二氧化碳物流进行接触。取US4,898,673描述了一种类似的体系，其中，使用于临界二氧化碳从固体中连续萃出可溶性的物质。该可溶性固体与超临界流体循环密环管路中。

环境废物的超临界萃取法此前还未见相关的报道，这可能是由于金属和其它非有机物在超临界流体中的溶解性相对较低。例如，通过超临界二氧化碳直接萃取金属离子效率很低，这是因为在金属离子与二氧化碳间的范德华力较弱。这种弱的作用明显抑制了人们从环境废物中用超临界流体萃取金属的努力。

                             发明简述

本发明提供了一种通过将固体或液体暴露于含螯合剂的流体溶剂，特别是超临界流体溶剂中而从固体或液体物质中萃取准金属和金属物质的方法。流体或超临界流体溶剂与螯合剂被暴露于固体或液体中，暴露的时间足以形成了可溶于超临界流体中的螯合物。然后，从带有溶解在流体中的经加溶的金属螯合剂中除去流体或超临界流体。随后，可从流体中沉淀出金属螯合物。例如，如果流体为超临界流体，那么可通过降低超临界流体的压力而将金属螯合物沉淀。螯合剂可再生而重复使用。得到的方法为一种有效、费用上可行的方法，可用于从环境中除去金属而无需使用对环境有害的萃取溶剂。

螯合剂可以是任何能与被萃取的金属形成螯合物的试剂，其中螯合物可溶于流水或超临界流体溶剂中。适宜的螯合剂的实例包括如下所示的二硫代氨基甲酸盐、可离子化的冠醚、β-二酮及磷酸三烷基酯。二乙基二硫代氨基甲酸盐(DDC)

         或对称-二苯并-冠-5-氧杂乙酸

        或乙酰丙酮  或TBP

在特别优选的实施方案中，螯合剂被氟代以增强金属螯合物在超临界二氧化碳中的溶解性。氟代的螯合剂的实例为：双(三氟乙基)二硫代氨基甲酸盐(FDDC)

             或F₂-对称-二苯并-16-冠-5-氧杂乙酸

           或

                           三氟甲基乙酰丙酮