Synthese von Alkyl-oxalat und -oxamat basierten Ionischen Flüssigkeiten als Extraktoren für die Separation von Seltenerdmetallen

Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Syntheseroute zu drei völlig neuartigen Anionen-Klassen im Bereich der Ionischen Flüssigkeiten (ILs) etabliert werden. Ausgehend von Oxalylchlorid gelang in drei Stufen die Darstellung von Alkyl-oxalat, -oxamat und Dialkyl-oxamat basierten ILs. Das Ziel, hydrophobe ILs als Extraktoren für die 2-Phasen-Extraktion zu entwickeln, wurde mit der Synthese von Di(2-ethylhexyl)-oxamat basierten ILs erreicht. Darüber hinaus konnten die dargestellten ILs erfolgreich in der 2-Phasen-Extraktion von Seltenerdmetallen (REE) getestet werden. (2-Ethylhexyl)methylimidazolium-di(2-ethylhexyl)-oxamat ist auch im Vergleich zur Literatur ein sehr selektiver und gleichzeitig hoch effizienter Extraktor für REE. Die Etablierung von Toluol als organische Phase der Extraktion stellt einen wichtigen Schritt zur technischen Realisierung des Prozesses dar. Die Einflüsse der einzelnen Parameter der REE Separation auf die Selektivität und die Effizienz der Extraktion wurden einzeln untersucht und weitestgehend aufgeklärt. Durch Optimierung dieser Parameter konnte ein Synergieeffekt festgestellt werden, so dass eine extrem selektive und gleichzeitig effiziente Separation aller REE ermöglicht wird. Neben der Extraktion konnten auch Bedingungen für eine effiziente Rückextraktion der REE aus der organischen Phase entwickelt werden. Die quantitative Rückextraktion, das Stripping, ist durch EDTA in Kombination mit 2-Ethylhexylimidazol möglich. Zusätzlich konnte ein effizientes und selektives Scrubbing der REE unter den gleichen Bedingungen wie bei der selektivsten Extraktion realisiert werden. Mit diesen Ergebnissen wurden erfolgreich die Rahmenbedingungen für die Entwicklung einer Gegenstrom-Extraktion zur Separation von REE gelegt. Zukünftige Experimente müssen klären, ob diese Extraktionen auch mehrfach hintereinander bei gleichbleibender Selektivität und Effizienz möglich sind. Zu diesem Zweck sollten mehrere Extraktionen und Rückextraktionen in Serie durchgeführt werden, ohne dass die organische Phase ausgetauscht wird, um einen Einblick in den Separationsprozess zu erhalten. Die Langzeitstabilität der verwendeten IL und deren Extraktionsverhalten über mehrere Extraktionszyklen steht dabei im Vordergrund. Zusätzlich muss eine Serie von Rückextraktionen mit der gleichen wässrigen Phase und einem pH-Wert zwischen 1.0 und 1.1 die Auswirkungen des Scrubbings auf mehrere REE beladene organische Phasen hintereinander zeigen. Wenn auf diese Weise eine Anreicherung von leichten REE in der wässrigen Phase möglich ist, sind alle Voraussetzungen für ein umfangreiches Separationsexperiment gegeben, in dem beide genannten Extraktionsreihen zusammen getestet werden. Über die REE Separation hinaus wurde (2-Ethylhexyl)methylimidazolium-di(2-ethylhexyl)-oxamat auch erfolgreich als Extraktor für die Rückgewinnung von REE aus Elektronikschrott, dem sogenannten Urban mining, getestet. Eine weitere potentielle Anwendung von Di(2-ethylhexyl)-oxamat basierten ILs stellt die Aufarbeitung von radioaktivem Abfall dar, also die Trennung von 5f- und 4f Metallen. Für das als Nuclear waste management bezeichnete Verfahren muss in zukünftigen Experimenten die Stabilität der ILs gegen radioaktive Strahlung ermittelt werden