稀释剂和霍夫迈斯特系列（Hofmeister series）对溶剂萃取过程中二甘醇酰胺（diglycolamide）聚集行为的影响

《Journal of Molecular Liquids》：Influence of diluents and hofmeister series on diglycolamide aggregation in solvent extraction

溶剂萃取中有机相非理想行为受聚合物分布调控，本研究通过分子动力学模拟探究DMDODGA在极性/非极性稀释剂及Hofmeister系列共轭碱作用下的聚合动力学，揭示溶剂极性影响溶胀效应与离子特异性，稀土共萃取抑制聚合并促进小尺寸聚集，为多尺度建模优化萃取工艺提供理论支撑。

　　液-液萃取（LLE）作为一种重要的金属回收技术，广泛应用于工业领域，尤其在处理高放射性核废料（HLW）时，能够有效地分离三价镧系元素和锕系元素。在这一过程中，有机相的非理想行为对萃取效率和选择性具有深远影响。尽管许多模型已经尝试模拟萃取行为，但对有机相中聚集体分布的非理想特性往往被忽视。这种忽略可能限制了对萃取机制的准确理解，进而影响到实际应用中的优化设计。

有机相的结构复杂性主要来源于其内部存在的多种聚集体。这些聚集体由溶剂、萃取剂、酸性物质以及水等成分组成，它们之间的相互作用决定了萃取过程的效率和选择性。因此，研究有机相中聚集体的形成和分布，是理解萃取行为的关键。本研究聚焦于N,N'-二甲基-N,N'-二（n-辛基）二甘醇酰胺（DMDODGA）这一常用的二甘醇酰胺（DGA）类萃取剂，探讨了溶剂性质、霍夫曼系列共轭碱以及镧系元素共萃取如何影响其聚集体行为。

为了深入研究这些因素对聚集体形成的影响，采用了分子动力学模拟方法。这种方法能够在纳米尺度上精确地捕捉萃取剂与溶剂之间的相互作用，以及不同条件下的聚集体行为变化。通过模拟，可以观察到溶剂极性对聚集体形成的影响，特别是在低极性介质中，萃取剂倾向于形成紧密的聚集体，而在高极性溶剂中，由于溶剂的屏蔽作用，聚集体分布更加分散，形成了更为松散和短暂的结构。这种现象表明，溶剂的极性在调控萃取行为方面具有重要作用，尤其是在维持聚集体电荷中性方面。

此外，霍夫曼系列中的共轭碱对聚集体的形成也具有显著影响。硬的单原子阴离子，如Cl?，能够增强聚集体的稳定性，而软的多原子阴离子，如NO??和HSO??，则可能破坏聚集体的结构。这种差异源于阴离子与萃取剂之间的氢键作用，以及它们在聚集体内部的分布方式。因此，通过调控共轭碱的类型和浓度，可以进一步优化萃取行为，提高分离效率。

在实际工业应用中，溶剂的选择对萃取过程的效率和选择性具有决定性作用。例如，在非极性溶剂中，金属离子的萃取往往伴随着较大的聚集体形成，而在极性溶剂中，聚集体的尺寸则较小。这种差异不仅影响了萃取的效率，还对金属离子的转移能力产生了重要影响。因此，研究不同溶剂对聚集体形成的影响，是优化萃取过程的关键。

在本研究中，我们选择了六种具有代表性的溶剂，包括n-十二烷、二氯乙烷、n-庚烷、甲苯、氢化四丙烯（TPH）和二甲苯。这些溶剂的选取基于它们在液-液分离中的广泛应用，以及它们在极性、介电常数和分子结构等方面的多样性。通过分析这些溶剂对DMDODGA聚集体行为的影响，我们能够更全面地理解萃取过程中聚集体的形成机制。

除了溶剂的影响，酸性物质的类型和浓度也对聚集体的形成和分布具有重要作用。酸性物质的极化能力决定了其对萃取剂的盐析作用，从而影响聚集体的稳定性。通过调控酸性物质的类型和浓度，可以进一步优化聚集体的形成，提高萃取效率。因此，在实际应用中，选择合适的酸性物质对于实现高效的萃取过程至关重要。

此外，镧系元素的共萃取对聚集体的行为也具有显著影响。在非极性溶剂中，由于溶剂的屏蔽作用，聚集体的尺寸较小，而在极性溶剂中，聚集体的尺寸则较大。这种差异表明，溶剂的极性在调控聚集体行为方面具有重要作用。因此，研究不同溶剂对聚集体形成的影响，是优化萃取过程的关键。

在本研究中，我们还探讨了不同酸性物质对聚集体形成的影响。通过模拟，我们发现酸性物质的类型和浓度对聚集体的形成具有显著影响。例如，硬的单原子阴离子，如Cl?，能够增强聚集体的稳定性，而软的多原子阴离子，如NO??和HSO??，则可能破坏聚集体的结构。这种差异源于阴离子与萃取剂之间的氢键作用，以及它们在聚集体内部的分布方式。因此，通过调控酸性物质的类型和浓度，可以进一步优化聚集体的形成，提高萃取效率。

通过这些研究，我们希望能够为工业溶剂萃取过程的设计和优化提供理论支持。特别是在纳米尺度上，聚集体的形成和分布对萃取行为具有重要影响。因此，深入研究这些因素，不仅有助于提高萃取效率，还能够为更广泛的工业应用提供指导。

本研究的主要目标是通过分子动力学模拟方法，系统地分析不同溶剂和酸性物质对DMDODGA聚集体行为的影响。通过这些模拟，我们能够观察到不同条件下聚集体的形成机制，以及它们对萃取效率和选择性的影响。此外，我们还探讨了不同酸性物质对聚集体形成的影响，从而进一步优化萃取过程。

通过这些研究，我们希望能够为工业溶剂萃取过程的设计和优化提供理论支持。特别是在纳米尺度上，聚集体的形成和分布对萃取行为具有重要影响。因此，深入研究这些因素，不仅有助于提高萃取效率，还能够为更广泛的工业应用提供指导。

总之，本研究通过分析不同溶剂和酸性物质对DMDODGA聚集体行为的影响，揭示了有机相中聚集体形成的关键因素。这些发现不仅有助于理解萃取过程中的非理想行为，还能够为优化萃取过程提供理论依据。通过这些研究，我们希望能够为工业溶剂萃取过程的设计和优化提供支持，特别是在纳米尺度上，通过调控聚集体的形成和分布，提高萃取效率和选择性。