液-液萃取（LLE）是一种广泛使用的分离方法，从实验室研究到工业应用都有应用，如制药工业[1,2]、食品和饮料工业[3,4,5]、化学工业[6,7]以及农用化学工业[8,9]等，用于分离和回收有价值的溶质。在这种方法中，水相含有金属离子的溶液，而有机相含有合适的萃取剂和相应的溶剂。当这两种不相溶的相接触时，金属离子会选择性地被萃取到有机相中，这一过程称为分离。最终，通过反萃取使金属离子从有机相重新进入水相，这一过程称为金属离子的回收。因此，包括萃取和反萃取在内的一系列操作可以提高金属离子的纯度。在这方面，界面化学和界面形态起着非常重要的作用，因此需要了解界面结构，以使传输过程更加稳健和高效。
液-液萃取过程在核工业中也具有重要意义。从用过的核燃料中回收裂变材料只能通过液-液萃取过程实现，即PUREX工艺，其中三丁基磷酸酯（TBP）是一种广泛使用的萃取剂[10,11]。然而，TBP存在一些固有的局限性，如第三相的形成和较高的水溶性[12,13]，而另一种潜在的萃取剂是三异戊基磷酸酯（TiAP）[13,14,15]。使用分子动力学（MD）模拟验证了TiAP在二元和双相混合物中的相容性，并发现其性能优于TBP[16,17,18]，实验研究者也得出了类似的结论[14,15,19,20,21]。此外，通过MD模拟测试了TiAP/十二烷体系对铀酰硝酸盐的萃取能力和反萃取效率，结果与实验数据吻合良好[22,23]。人们认为萃取本质上是络合现象，而反萃取则是解络合现象，尽管这两种现象都发生在液-液界面，但后者更为重要。这两种现象都是界面现象，且强烈依赖于界面的形态。
最近的研究已经阐明了极性和非极性溶剂下的萃取和反萃取机制[22,23,24]。在界面处形成水-指状结构是络合和解络过程的重要步骤，被认为是金属离子跨界面传输的途径[23,24]。然而，对于萃取和反萃取过程中金属和配体分子的位置和取向等结构参数的关注较少，而这些参数难以通过现有的实验装置获得。评估两种相互作用的铀酰离子与TiAP分子之间以及两种相互作用的硝酸与TiAP分子之间的配对相关函数（PCF）等结构特性，有助于理解萃取和反萃取过程的界面形态。分子的结构取向和位置对于络合和解络过程非常重要。此外，可以通过X射线衍射[25,26]、中子散射[27,28,29]、光谱学[30]等多种实验方法来研究这些结构特性。本研究的重点在于提供当前对液-液萃取过程结构方面的深入了解，这不仅有助于改进再处理应用中的分离技术，还有助于解决核废料管理中可提取金属离子的纯度问题。在我们之前的工作中，进行了MD模拟，研究了铀酰离子从含有30% TiAP的十二烷水相到有机相的萃取过程[22]。选择进料浓度是为了模拟实际的PUREX工艺。虽然解码了铀酰离子与水相酸度之间的分配系数（KD）的分布曲线[22]，但未讨论其结构特征。最近在放射性物质的地质处置和储存领域进行的一些研究中，揭示了铀酰离子被粘土矿物蒙脱石[31]和水合基底粘土表面[32]吸附的结构特性。大多数研究者没有探讨铀酰离子的萃取和反萃取的结构特性。因此，我们在本研究中尝试分析萃取过程中的结构特性，并捕捉从1M到8M不同酸度下的界面结构变化。此外，还评估了在特定系统条件下随着模拟进展结构特性的变化，以了解结构排列情况。进一步，将MD模拟扩展到使用不同配体-溶剂体系（如TBP/十二烷、TiAP/十二烷和TODGA/十二烷）对铀酰离子的反萃取，以研究配体-溶剂体系对铀酰离子回收的影响，并找出最适合的最大回收率配体-溶剂体系[23]。此外，我们还建立了铀酰离子反萃取的逐步机制。在本研究中，考虑了铀酰离子反萃取过程中的化学物种的结构分析，以了解各种配体-溶剂体系的影响以及模拟进展对过程的影响。对前后界面过程的结构分析有助于深入理解界面离子传输现象。
