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Synthesis and evaluation of ionic liquids as extracting agents for heavy metals

Kogelnig, Daniel (2010) Synthesis and evaluation of ionic liquids as extracting agents for heavy metals.
Dissertation, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Krachler, Regina
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29248.98193.252369-4
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Abstract in Englisch

The aim of this thesis was the preparation, characterization and evaluation of hydrophobic ionic liquids (ILs) as potential extracting agents for heavy metals from aqueous solutions. One part of the thesis describes the use of the commercially available IL trihexyl(tetradecyl)phosphonium chloride, Cyphos IL101, for the extraction of iron(III) and nickel(II) from hydrochloride solutions. The IL was applied as carrier compound in bulk liquid membrane (BLM) experiments and iron was quantitatively transported from a 6 M HCl source phase to a 0.5 M HCl receiving phase, whereas nickel remained in the source phase. Time dependent transport studies were in good agreement with kinetic model data. Spectroscopical investigation revealed that iron was transported as tetrachloroferrate species through the BLM. Dynamic light scattering measurements (DLS) of synthetically prepared tetrachloroferrate based ILs were conducted, which verified the lack of colloidal particles and proved the magnetism to be a genuine property of the iron-containing ILs. In a further part of the thesis several anions with sulfur-, nitrogen- and hydroxyl functionality were exchanged with the chloride anion of tricaprylmethylammonium chloride (Aliquat® 336). Prepared ILs were extensively characterized with NMR, ESI-MS, FTIR and elemental analysis and physico- chemical properties such as viscosity, density and water content were measured. Selected ILs were successfully applied for the selective extraction of cadmium and uranium from natural surface waters. Alkali- and earth-alkali metals were not extracted at all. Furthermore, thioether functionalized ILs were suitable for the elimination of platinum from neutral solutions.

Schlagwörter in Englisch

ionic liquids / synthesis / characterization / extraction / heavy metals

Abstract in Deutsch

Das Ziel der Dissertation war die Synthese, Charakterisierung sowie die Anwendung von hydrophoben ionischen Flüssigkeiten (IF) als mögliche Extraktionsmittel zur Entfernung von Schwermetallen aus wässrigen Lösungen. Ein Teil der Arbeit beschreibt den Einsatz der kommerziell erhältlichen IF Trihexyl(tetradecyl)phosphoniumchlorid, Cyphos® IL101, für die Extraktion von Eisen(III) und Nickel(II) aus chloridsauren Lösungen. Die IF wurde dazu als Trägersubstanz in Flüssigmembranuntersuchungen eingesetzt, wobei Eisen quantitativ aus einer 6 M HCl Ausgangslösung in eine 0.5 M Empfängerlösung transportiert wurde, Nickel aber in der Ausgangslösung verblieb. Zeitabhängige Transportstudien waren dabei in sehr guter Übereinstimmung mit kinetischen Modellberechnungen und spektroskopische Untersuchungen zeigten, dass Eisen als Tetrachloroferrat-Spezies durch die Flüssigmembran transportiert wurde. Dynamische Lichtstreuungsmessungen von synthetisch hergestellten Tetrachlorferrat enthaltenden IF wurden durchgeführt, die ein Vorhandensein von kolloidalen Partikeln ausschlossen und somit den vorhandenen Paramagnetismus als eine charakteristische Eigenschaft dieser IF bestätigten. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde das Chloridanion von Tricaprylmethylammoniumchlorid (Aliquat® 336) durch eine Anionenaustauschreaktion mit zahlreichen aliphatischen als auch aromatischen Anionen mit funktionellen Gruppen ersetzt. Die synthetisierten IF wurden mittels 1- und 2-dimensionaler NMR Spektroskopie, ESI-MS und FTIR und Elementaranalyse ausführlich charakterisiert. Zusätzlich wurden wichtige physikalisch-chemische Parameter wie Viskosität, Dichte, Wassergehalt und Wasserlöslichkeit bestimmt. Ausgewählte IF wurden erfolgreich für die selektive Entfernung von Cadmium und Uran aus natürlichem Oberflächengewässer eingesetzt. Alkali- und Erdalkalimetalle ließen sich dabei nicht extrahieren. Weiters konnten Thioether funktionalisierte IF hergestellt werden, die sich zur Entfernung von Platin aus neutralen Lösungen eigneten.

Schlagwörter in Deutsch

ionische Flüssigkeiten / Synthese / Charakterisierung / Extraktion / Schwermetalle

Dokumentenart: Hochschulschrift (Dissertation)
AutorIn: Kogelnig, Daniel
Titel: Synthesis and evaluation of ionic liquids as extracting agents for heavy metals
Umfangsangabe: 103 S. : graph. Darst.
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Publikationsjahr: 2010
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Krachler, Regina
BeurteilerIn: Krachler, Regina
Klassifikation: 35 Chemie > 35.21 Lösungen, Flüssigkeiten
35 Chemie > 35.40 Anorganische Chemie: Allgemeines
35 Chemie > 35.61 Funktionelle Gruppen
35 Chemie > 35.19 Austauschreaktionen
AC-Nummer: AC08059922
Dokumenten-ID: 8918
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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