萃取是工業(yè)分離的常用手段，其過程多伴隨著離子配位水分子的脫除和有機相中水含量的變化。由于缺少對有機相中微量水分的定量、分層次研究方法，限制了對離子絡(luò)合物結(jié)構(gòu)和萃取機理的研究。

青海鹽湖所天然同位素分離課題組通過逐級定量剝離有機相中不同存在形式的水分，建立了一種具有普適性的研究有機相中微量水分的系統(tǒng)方法，明確了有機相中水分存在形式的多樣性和絡(luò)合物中目標離子、絡(luò)合劑和水分子之間的定量關(guān)系，為準確、深入認知萃取過程和機理提供了全新的視角，同時可為精準調(diào)控有機相中水分含量提供理論指導(dǎo)。

針對冠醚－離子液體分離鋰同位素體系，團隊發(fā)現(xiàn)水分在有機相中分別與稀釋劑、協(xié)萃劑、冠醚、鋰離子等多種組分結(jié)合，其中冠醚弱相互作用和鋰離子配位為水分進入有機相的主要機制；冠醚自身可以捕獲一定的水分，且冠醚孔腔尺寸越大，捕獲水分能力越強，通過調(diào)控冠醚，實現(xiàn)有機相中水含量的有效控制；三種冠醚體系有機相中鋰離子團簇的組分分別為B12C4－Li^＋－H₂O、B15C5－Li^＋－H₂O和B18C6－Li^＋－　2H₂O；對于B12C4和B15C5，絡(luò)合物上水分子多直接與鋰離子配位；對于B18C6，水分子可與鋰離子、冠醚同時發(fā)生作用。

團隊在磷酸三丁酯（TBP）－離子液體體系中進一步驗證了方法的適用性，與冠醚體系萃取鋰鹽溶液導(dǎo)致有機相中水含量上升不同，TBP萃取鋰離子后，有機相中水分不增反降。研究發(fā)現(xiàn)TBP與水分子的絡(luò)合比為1：1，結(jié)合實驗和理論模擬，TBP、鋰離子和水分子組成的團簇存在2：1：2、3：1：1及4：1：0等多種比例形式；與萃取純水相比，體系每結(jié)合1個鋰離子，將有2、3、4個TBP分子失去結(jié)合水分子的能力，體系則分別失去0、2、4個水分子。由此造成了有機相中水分含量的減少。

研究結(jié)果分別以“A　novel　strategy　for　water　content　analysis　in?。˙12C4／B15C5／B18C6－?。跡MIm］［NTf2］）－LiNTf2　extraction　system：　Quantitative　calculation　and　theoretical　study”和“Elucidating　the　Mechanism　of　Lithium　Ion　Extraction　in　a　TBP－Ionic　Liquid　Mixed　System　from　the　Perspective　of　Water　Coordination”為題發(fā)表在　Journal　of　Molecular　Liquids（中國科學院二區(qū)）和ACS　Sustainable　Chemistry　＆　Engineering（中國科學院一區(qū)TOP）上。毛連婧、鄭天宇博士分別為第一作者，張鵬瑞助理研究員、孫偉助理研究員和孫進賀研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目、青海省自然科學基金－團隊項目、中國科學院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究青年團隊計劃項目、青海省“昆侖英才·高端創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”等的資助。

文章鏈接1：https：／／www．sciencedirect．com／science／article／pii／S0167732224022165

文章鏈接2：https：／／pubs．a(chǎn)cs．org／doi／10.1021／acssuschemeng．4c07349

水合鋰離子與苯并－12－冠－4（B12C4）、苯并－15－冠－5（B15C5）和苯并－18－冠－6（B18C6）絡(luò)合機理示意圖

水合鋰離子與磷酸三丁酯（TBP）絡(luò)合機理示意圖