碱性盐湖卤水中硼的高效协同萃取：新型OD/OS体系机理与应用研究

为解决碱性盐湖卤水中硼资源高效回收难题，研究人员开发了2-辛醇(OD)/水杨酸酯(OS)协同萃取体系。通过优化pH(>9)、相比例等参数实现单级萃取率75%，三级逆流萃取率达95%，并制备纯度>99%的硼酸。结合FT-IR、Raman和DFT计算揭示了OD与B(OH)4-的配位机制，为碱性环境硼分离提供了创新解决方案。

　　

硼作为核工业、军工材料和生物必需元素，传统从矿石中提取需消耗大量硫酸，而盐湖卤水作为潜在资源面临巨大挑战。尤其对于pH 8-10的碳酸盐型盐湖（如西藏拉果错盐湖），现有酸性萃取体系效率骤降，成为资源化利用的"卡脖子"难题。针对这一瓶颈，国内研究团队创新性地构建了2-辛醇(OD)与水杨酸酯(OS)的协同萃取体系，通过多尺度研究揭示了碱性环境下硼的高效分离机制，相关成果发表在《Desalination and Water Treatment》。

研究采用西藏拉果错盐湖卤水（含B 1.66 g/L，pH 9.14）为对象，通过单因素实验优化萃取参数，结合McCabe-Thiele图设计逆流萃取流程。利用ICP-OES测定离子浓度，FT-IR和Raman光谱解析配位结构，并采用Gaussian 16软件进行B3LYP/6-311G(d,p)水平的DFT计算。关键样本包括含Li/Na/K的模拟溶液及实际盐湖卤水。

3.1 萃取体系构建
实验发现OD占比与萃取效率呈正相关（图1），当OD:OS摩尔比1:1时，单级萃取率达75%。单醇(A12)和OS单独使用时效率不足5%，证实OD是主要活性组分。

3.2 pH调控机制
突破性地发现萃取率随pH升高而增加（图2a），pH>9时B(OH)₄^-成为优势物种。与其他金属离子分离因子β>20，Na⁺伴随进入有机相实现电荷平衡。

3.4-3.6 过程优化
最佳条件为O/A=2:1、293K、200s平衡时间（图4）。热力学计算显示ΔH=-0.25，证实为放热过程。三级逆流萃取使硼回收率提升至94%（图5b），有机相B负载量达4 g/L。

3.8 反萃工艺
0.1M HCl单级反萃率>90%（图6a），O/A=1:1三级逆流使硼溶液浓度提升至4.32 g/L。冷冻结晶后获得B₂O₃含量51.23%的高纯硼酸（表3），XRD与标准品一致（图8）。

3.11 机理阐释
Raman谱中730 cm^-1处B(OH)₄^-特征峰消失（图8a），FT-IR显示1642 cm^-1处B-O-C键形成（图8b）。ESI-MS检测到m/z=299.24的[C₁₆H₃₂O₄B]^-离子（图9）。DFT计算表明两分子OD与B(OH)₄^-结合能最低（-71.26 kJ/mol），ESP分析显示配位后氧原子电子云密度显著增强（图11）。

该研究首次实现了碱性盐湖卤水中硼的高效回收，相比传统酸性萃取体系减少调酸步骤，工艺能耗降低30%。OD/OS体系经10次循环未出现性能衰减（图7），为碳酸盐型盐湖资源开发提供了关键技术支撑。分子层面揭示的[2OD·B(OH)₄]^-配位机制，为设计新型碱性萃取剂提供了理论模型。这项成果不仅填补了碱性环境硼提取的技术空白，更为盐湖伴生资源综合利用开辟了新路径。