基于DTPA络合剂的推拉协同萃取策略高效分离镥和镱的研究

为解决重稀土元素Lu3+/Yb3+因化学性质相似导致的分离难题，研究人员开发了HP350-DTPA推拉协同萃取体系。该体系通过磷酸酯萃取剂（HP350）与DTPA的协同作用，将Lu/Yb分离因子（SFLu/Yb）提升至2.58±0.08，远超单一萃取剂效果（1.81），并通过热力学模型验证了DTPA的增强机制。反萃实验和连续逆流萃取表明，该策略可使Lu纯度从48.0 wt%提升至97.4 wt%，为重稀土高效分离提供了新思路。

　　

镥（Lu）和镱（Yb）作为重稀土家族的“双胞胎”，因其几乎相同的离子半径和化学性质，成为稀土分离领域的“终极难题”。这两种元素在光纤激光器、核医学（如癌症治疗同位素¹⁷⁷Lu）等高科技领域不可或缺，但传统萃取剂如P507的分离因子（SF_Lu/Yb）仅1.6-1.8，难以满足高纯度需求。更棘手的是，¹⁷⁷Lu的制备依赖其“母体”¹⁷⁶Yb，若分离不彻底，放射性杂质将直接影响医疗安全性。

针对这一挑战，浙江大学衢州研究院（Institute of Zhejiang University-Quzhou）的研究团队创新性地将“推拉”策略引入稀土分离领域。他们设计了一种双管齐下的解决方案：以磷酸酯萃取剂HP350作为“拉力”优先捕获Lu³⁺，同时在水相中加入二乙烯三胺五乙酸（DTPA）作为“推力”选择性络合Yb³⁺，通过两者的协同作用打破分离瓶颈。

研究团队采用多参数优化策略，系统考察了HP350浓度、DTPA浓度、pH值和平衡时间的影响。通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）精确测定金属离子浓度，结合热力学建模解析相互作用机制。反萃实验验证了DTPA作为洗涤剂的可行性，最终通过10级逆流萃取实验模拟工业化场景。

关键发现

1. 萃取剂浓度效应：HP350浓度升至7.5 mmol/L时，Lu/Yb分离因子达峰值2.58，较单一HP350体系提升42%。
2. DTPA协同机制：DTPA通过选择性结合Yb³⁺（logβ_Yb-DTPA=22.6 vs. logβ_Lu-DTPA=21.8）实现“水相拦截”，热力学模型显示其使SF_Lu/Yb提升1.4倍。
3. 工业化验证：十级逆流萃取后，Lu纯度从原料的48.0 wt%跃升至97.4 wt%，且DTPA洗涤阶段SF_Lu/Yb与萃取阶段相当。

这项研究不仅创造了当前Lu/Yb分离因子的最高记录（2.58），更开辟了“萃取剂-络合剂”协同设计的新范式。其意义远超稀土工业：在核医学领域，高纯度¹⁷⁷Lu的获取将提升癌症靶向治疗精度；在材料科学中，为其他相似元素（如Zr/Hf）的分离提供借鉴。未来通过优化DTPA衍生物结构，有望进一步突破分离极限。