溶剂对液液萃取中萃取剂构象能量的影响：分子溶剂与离子液体的模拟研究
化学物理
2023-12-15 v2 原子物理
计算物理
摘要
液液萃取（LLE）中的萃取剂设计是金属离子分离的研究前沿，通常聚焦于直接的萃取剂-金属相互作用。然而，对于超越初级金属配位之外的分离能量驱动因素（包括萃取剂相中溶剂的作用）往往缺乏更细致的理解。本工作中，我们提出一种利用纳米结构溶剂增强金属-络合剂能量的新机制。使用带伞形采样的分子动力学模拟，我们发现有机溶剂能够重塑萃取剂分子内构象图景的能量学。我们计算了代表性双齿萃取剂正辛基(苯基)-N,N-二异丁基氨基甲酰甲基氧化膦（CMPO）在四种不同溶剂中的不同构象的自由能分布：十二烷、磷酸三丁酯（TBP）、以及干燥与含水的离子液体（IL）1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺（[EMIM][Tf_2N]）。通过促进萃取剂分子重组为其结合构象，我们的发现揭示了特定溶剂如何改善金属分离过程中这一不利步骤。特别地，离子液体中形成的电荷交替纳米域显著降低了与萃取剂重组相关的自由能罚值。重要的是，使用炼金自由能计算，我们发现即便显式包含被萃取的阳离子，这种稳定作用依然持续。这些发现为金属离子分离的能量驱动因素提供了见解，并可能基于溶剂效应的分子层面理解提出设计有效分离的新途径。
引用
@article{arxiv.2309.14578,
title = {Solvent Effects on Extractant Conformational Energetics in Liquid-Liquid Extraction: A Simulation Study of Molecular Solvents and Ionic Liquids},
author = {Xiaoyu Wang and Srikanth Nayak and Richard E. Wilson and L. Soderholm and Michael J. Servis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.14578},
year = {2023}
}