Sulfat Separation ved selektiv krystallisation med en Bis-iminoguanidinium ligand

Selektiv adskillelse af hydrofile oxoanioner (f.eks sulfat, chromat, fosfat) fra konkurrencedygtige vandige opløsninger er en grundlæggende udfordring med relevans for udbedring af miljøskader, energiproduktion, og menneskers sundhed. ^1,2 Sulfate især er vanskeligt at udvinde fra vand på grund af sin iboende modvilje mod at kaste sin hydrering sfære og migrere ind mindre polære miljøer. ³ Gør vandig sulfat udvinding mere effektiv kræver typisk komplekse receptorer, der er vanskelige og trættende at syntetisere og rense, ofte involverer toksiske reagenser og opløsningsmidler. ^4,5

Selektiv krystallisation tilbyder en enkel men effektiv alternativ til sulfat adskillelse fra vand. ^6-9 Selvom nogle metalkationer såsom Ba2 ^+, Pb2 ^+, eller Ra ²⁺ danner meget uopløselige sulfatsalte, deres anvendelse i sulfat adskillelse er ikke altid praktisk grund af deres høje toxiby og undertiden-lav selektivitet. Anvender organiske ligander som sulfat fældningsmidler drager fordel af strukturel diversitet og modtagelighed for designe karakteristisk for organiske molekyler. En ideel organisk ligand for vandig sulfat krystallisation bør være opløselig i vand, hvorimod det et uopløseligt sulfatsalt eller kompleks i en relativt kort tid og i nærvær af høje koncentrationer af konkurrerende ioner. Derudover bør det være let at syntetisere og genanvende. Et sådant En ligand, 1,4-benzen-bis (iminoguanidinium) (BBIG), selv-samlet in situ ud fra to kommercielt tilgængelige prækursorer, terephthalaldehyde og aminoguanidinium chlorid, blev for nylig vist sig at være yderst effektive i vandig sulfat adskillelse. ¹⁰ Liganden er vandopløselig i chloridform, og selektivt krystalliserer med sulfat i en ekstremt uopløseligt salt, der let kan fjernes fra opløsning ved simpel filtrering. Den BBIG ligand kan derefter genvindes ved deprotonering med enqueous NaOH og krystallisation af det neutrale bis-iminoguanidine, som kan omdannes tilbage til chloridform med vandig HCI, og genbruges i en anden adskillelse cyklus. Effekten af ​​denne ligand til fjernelse sulfat fra vandet er så stor, at overvåge de resterende koncentration sulfat i opløsning er ikke længere en triviel opgave, der kræver en mere avanceret teknik, der tillader nøjagtig måling af spormængder af anionen. Til dette formål blev radioaktivt mærket ^35S-sulfat tracer sammen med β væskescintillationstælling anvendes, en teknik der almindeligvis anvendes i væske-væske ekstraktive separationer, og for nylig vist at være effektiv i overvågningen sulfat krystallisation. ⁸

Denne protokol viser one-pot in situ syntese af BBIG liganden og dens krystallisation som sulfatsaltet fra vandige opløsninger. Ex situ syntese af liganden ¹¹ er også præsenteret som en convenient metode til produktion af større mængder af BBIG-Cl, der kan gemmes i den krystallinske form indtil den er klar til brug. Sulfat fjernelse fra havvand fra den tidligere fremstillede BBIG-CI ligand derefter påvises. Endelig er anvendelsen af ^35S-mærket sulfat og β væskescintillationstælling til måling koncentrationen sulfat i havvand påvist. Denne protokol er beregnet til at give en tutorial for dem bredt interesseret i at udforske brugen af ​​selektive krystallisering for vandig anion separation.