库拉玛（KURAMA）与Safecast：福岛全域去污后的辐射数据对比

《Journal of Environmental Radioactivity》：KURAMA vs. Safecast: Radiation data comparison in Fukushima following whole-area decontamination

高效抑制铬萃取的钒铬分离机制研究，通过添加1.00mol/L醋酸钠实现钒高效萃取与铬选择性抑制，分离因子达29482，密度泛函理论揭示醋酸根与Cr(III)形成稳定水溶性络合物，抑制其离子交换萃取，同时避免低温硫酸钠结晶，为制备高纯度钒电解液提供新方法。

　　本研究聚焦于如何高效地从含有铬（III）的溶液中选择性提取钒（IV），以制备高纯度的钒酰硫酸电解液。由于钒和铬在化学性质上高度相似，这给两者的分离带来了显著挑战。特别是在工业生产中，这两种金属常常共存，而它们的分离对于获得高质量的钒产品至关重要。因此，寻找一种既能有效抑制铬的提取，又能促进钒高效分离的手段成为当前研究的重点。

在实际应用中，钒的提取通常采用酸化和还原的方法，以将钒转化为可溶的钒酰离子（VO2?），而铬则被还原为三价铬（Cr3?）。在这一过程中，由于铬的存在，通常会伴随一定的钒损失，影响最终产品的纯度。此外，某些提取剂在低pH条件下会与铬发生反应，形成不溶性沉淀，这不仅降低了提取效率，还可能对后续处理造成困扰。因此，研究如何在不破坏钒的情况下，有效抑制铬的提取，是提升钒产品纯度的关键。

本研究中，研究人员采用了一种新型的提取剂——2-乙基己基膦酸-2-乙基己基酯（EHEHPA），并在pH值为2.5的条件下进行实验。在此条件下，EHEHPA表现出对钒的高效提取能力。然而，铬的提取同样较为显著，这限制了其在工业生产中的应用。为了解决这一问题，研究团队引入了1.00 mol/L的醋酸钠（CH?COONa），这一措施在实验中表现出色。醋酸钠的加入不仅有效抑制了铬的提取，还显著提升了钒与铬之间的分离效率，达到了29482的分离因子。这意味着在相同的提取条件下，钒的提取量远高于铬，从而实现了两者的高效分离。

此外，醋酸钠的使用还解决了传统方法中在低温条件下出现的钠盐结晶问题。在以往的提取过程中，高浓度的硫酸钠（Na?SO?）会导致在低温环境下形成晶体，影响提取效率和操作的连续性。而醋酸钠则避免了这一问题，同时还能维持溶液的稳定性，使得整个提取过程更加高效和可控。这种特性使得醋酸钠成为一种理想的添加剂，既能够提升分离效果，又不会对系统造成额外的负担。

在实验过程中，研究人员首先对钠焙烧钒渣的水浸液进行了预处理，以去除杂质并调整溶液的化学环境。随后，在加入1.00 mol/L的醋酸钠后，使用EHEHPA进行提取。经过一系列操作后，最终获得了含2.12 mol/L钒、仅2.17 mg/L铬的高纯度钒酰硫酸电解液。这一结果表明，醋酸钠的引入不仅提高了钒与铬的分离效率，还有效降低了铬的残留量，从而满足了电化学储能系统对电解液纯度的严格要求。

为了进一步理解醋酸钠在分离过程中的作用机制，研究团队通过密度泛函理论（DFT）计算分析了醋酸根离子（CH?COO?）与铬（III）之间的相互作用。计算结果表明，醋酸根离子能够与铬（III）形成稳定的水溶性络合物，这一络合过程显著降低了铬在溶液中的可提取性。相比之下，钒（IV）在醋酸钠的存在下仍然能够被EHEHPA高效提取，这可能是因为钒的化学行为与铬存在差异，使其对醋酸根离子的响应不如铬敏感。因此，醋酸根离子在溶液中的存在不仅改变了铬的化学形态，还通过影响其与提取剂的相互作用，从而实现了对铬的抑制。

从实验数据来看，当醋酸钠的浓度较低（≤0.05 mol/L）时，铬（III）主要以[Cr(H?O)?]3?的形式存在，这种形式在酸性条件下相对稳定，但容易与某些提取剂发生反应，形成沉淀。而在较高的醋酸钠浓度（如1.00 mol/L）下，铬（III）则主要以[Cr(CH?COO)?(H?O)?]?的形式存在，这种形式的铬在溶液中更加稳定，且不易与提取剂结合，从而减少了其被提取的可能性。这一发现为优化提取条件提供了理论依据，也为实际生产中选择合适的添加剂奠定了基础。

研究团队还对其他几种有机酸盐进行了对比实验，包括甲酸（HCOOH）、柠檬酸（C?H?Na?O?）和氮三乙酸（N(CH?COOH)?）。这些酸盐在不同的浓度下对铬和钒的提取行为表现出不同的影响。例如，甲酸在低浓度下对铬的抑制效果较弱，而柠檬酸则在一定程度上能够促进铬的络合，从而影响其与提取剂的结合。相比之下，醋酸钠在所有测试条件下均表现出最佳的分离效果，这可能与其独特的化学性质有关。醋酸根离子不仅能够有效络合铬（III），还能够维持溶液的酸碱平衡，为钒的提取提供一个更加适宜的环境。

此外，研究团队还关注了醋酸钠在实际生产中的可行性。在工业环境中，溶液的温度和pH值往往是变化的，因此，需要确保提取过程在这些条件下仍然能够保持高效和稳定。实验结果表明，醋酸钠在较低的浓度下即可实现显著的分离效果，这降低了对添加剂用量的要求，从而减少了成本。同时，醋酸钠的使用不会对钒的提取效率造成负面影响，这意味着在实际生产中可以安全地使用醋酸钠作为抑制剂，而不会牺牲钒的回收率。

从整个研究过程来看，实验设计涵盖了多个关键步骤，包括溶液的预处理、提取剂的选择、醋酸钠浓度的优化以及分离效果的评估。在预处理阶段，研究人员对钠焙烧钒渣的水浸液进行了系统的处理，以去除可能影响提取过程的杂质。在提取剂的选择上，EHEHPA因其对钒的高选择性和提取效率而被选为研究对象。通过调整醋酸钠的浓度，研究人员进一步优化了提取条件，使得钒和铬的分离更加彻底。

在分离效果的评估中，研究人员采用了多种分析手段，包括紫外-可见光谱（UV-Vis）和密度泛函理论计算，以深入理解醋酸钠对铬和钒的化学行为的影响。这些分析方法不仅帮助研究人员确认了醋酸钠的抑制作用，还揭示了其在溶液中的作用机制。例如，UV-Vis光谱分析显示，当醋酸钠加入后，铬（III）溶液的吸收峰发生了蓝移，这表明其化学形态发生了变化，从而降低了其与提取剂的结合能力。而DFT计算则进一步证明了这一变化的分子基础，即醋酸根离子与铬（III）形成了稳定的络合物，使得铬在溶液中的可提取性大大降低。

本研究的结果对工业生产具有重要的指导意义。首先，它为钒的高效提取提供了一种新的方法，即在酸性条件下使用醋酸钠作为抑制剂，以减少铬的干扰。其次，它展示了醋酸钠在低温条件下避免钠盐结晶的优势，这对于需要在较低温度下操作的工业流程尤为重要。最后，它为提取剂的优化提供了理论支持，表明通过调节溶液的化学环境，可以显著提升分离效率。

综上所述，本研究通过系统的实验设计和理论分析，揭示了醋酸钠在钒-铬分离中的重要作用。其独特的化学性质使得醋酸钠能够有效抑制铬的提取，同时不影响钒的回收。这一发现不仅有助于提升钒产品的纯度，还为相关工业流程的优化提供了新的思路和方法。未来的研究可以进一步探索醋酸钠与其他添加剂的协同作用，以及其在不同条件下的适用性，以期在更广泛的工业应用中发挥更大的作用。