Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Основной задачей проекта является разработка новых эффективных, экологически безопасных и ресурсосберегающих экстракционных процессов селективного выделения переходных и сопутствующих металлов глубокими эвтектическими растворителями в системах жидкость – твердое и жидкость – жидкость. Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью решения приоритетных задач создания безотходных наукоемких технологий, что необходимо для формирования опережающего научно-технологического задела Российской Федерации. Анализ современного состояния исследований в этой области позволил определить приоритетные и направления исследований, в частности были определены наиболее предпочтительные доноры и акцепторы водородных связей для образования гидрофильных глубоких эвтектических растворителей, перспективных для создания новых экологически безопасных селективных процессов выщелачивания. В ходе выполнения проекта проведен цикл междисциплинарных исследований, включающий этапы экспериментального изучения процессов образования глубоких эвтектических растворителей, а также процессов межфазного распределения ряда переходных и сопутствующих металлов (Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Li, Y, La, Eu, Dy и др.) в модельных экстракционных системах твердое – жидкость. Впервые синтезированы и охарактеризованы новые глубокие эвтектические растворители на основе сульфосалициловой кислоты и минеральных солей холина, а также его производных. Установлены физическо-химические свойства полученных новых экстрагентов. Получены экспериментальные зависимости степени выщелачивания ионов металлов, входящих в состав широко используемых в настоящее время химических источников тока, из их оксидов и солей. Показана возможность изменения эффективности процесса в широких пределах за счёт варьирования состава растворителя (комбинации донор – акцептор) и условий проведения процесса (температуры и времени). Установлены кинетические характеристики процессов, закономерности межфазного распределения ионов металлов в гетерогенных системах на основе гидрофильных глубоких эвтектических растворителей (холин хлорида, ацетилхолин хлорида и сульфосалициловой кислоты), а также полипропиленгликоля 425 и тетрабутиламмоний бромида. В результате проведенных исследований предложены глубокие эвтектические растворители на основе минеральных солей холина и сульфосалициловой кислоты, перспективных для решения задач экстракционного выделения ионов переходных и сопутствующих металлов в гетерогенных системах твердое – жидкость на примере модельных компонентов элементов питания. Определены составы экстрагентов, обладающие требуемыми физическими свойствами и заданной селективностью, а также алгоритмы их получения и применения для решения задач проекта на следующих этапах его выполнения, с целью создания новых «зеленых» способов комплексной переработки химических источников тока. По результатам проведенных исследований принята в печать статья в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (ISSN: 1757-8981), входящем в международные системы цитирования Web of Science, Scopus и РИНЦ, представлен устный доклад на международной конференции – The 2020 International Conference on Science in Engineering and Technology (ICoSiET 2020). Palu, Indonesia. October 21-22, а также создан и перманентно актуализируется информационный интернет-ресурс, посвященный проекту – https://www.researchgate.net/project/Deep-eutectic-solvents-an-instrument-for-creating-accessible-green-technologies.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Основной задачей проекта является разработка эффективных и экологически безопасных экстракционных процессов селективного выделения переходных и сопутствующих металлов из твердых образцов и разбавленных растворов с использованием новых глубоких эвтектических растворителей. Актуальность предлагаемых исследований обусловлена значительным интересом, проявляемым государством, исследователями и представителями промышленности к разработке способов переработки химических источников тока с использованием «зеленых» технологий, что необходимо для формирования опережающего научно-технического задела Российской Федерации. Анализ современного состояния исследований в данной области позволил определить вектор направлений развития экстракционных процессов на основе глубоких эвтектических растворителей, в частности, были определены наиболее перспективные компоненты для создания гидрофобных эвтектических растворителей для экстракции ионов металлов в системе жидкость-жидкость. В ходе выполнения проекта были проведены комплексные систематические исследования по синтезу новых гидрофобных глубоких эвтектических растворителей с требуемыми свойствами для извлечения ионов металлов в гетерогенных системах жидкость-жидкость, на основе выбранных доноров и акцепторов водородной связи. Были выбраны и охарактеризованы новые гидрофобные эвтектические растворители на основе тимола, ментола и метилтриоктиламмоний хлорида (Aliquat 336). Установлены физико-химические свойства предложенных глубоких эвтектических растворителей. Проведен цикл междисциплинарных исследований, основанный на экспериментальном изучении процессов межфазного распределения ряда переходных и сопутствующих металлов (Li, Co, Ni, Mn, Fe и др.) в модельных экстракционных системах жидкость-жидкость. В результате получены количественные характеристики экстракции ионов металлов в системах с использованием новых глубоких эвтектических растворителей. Установлены составы экстрагируемых соединений и условия проведения процесса экстракции, которые позволяют достигнуть селективного извлечения исследуемых ионов металлов. На основе проведенных исследований предложены перспективные новые гидрофобные глубокие эвтектические растворители для селективного выделения ионов металлов переходных и сопутствующих им в компонентах химических источников тока металлов в системе жидкость-жидкость. Определены составы глубоких эвтеткических растворителей, обладающие требуемыми физико-химическими свойствами и заданной селективность, а также способы их получения и применения для решения задач проекта на следующих этапах его выполнения. Таким образом, результаты, полученные в ходе выполнения проекта, в полной мере соответствуют заявленному плану и ожидаемым результатам на отчетный период 2021 г., а также обеспечивают необходимый, в соответствии с идеологией проекта, задел для успешного выполнения этапа 2022 г. Следует отметить, что в ходе выполнения этапа 2021 года план был перевыполнен как в исследовательской части, так и в части публикационной активности. По результатам исследования первого и второго этапа проекта (2019-2021 гг.) были опубликованы 6 статей в ведущих зарубежных и российских журналах в области химической технологии – Theoretical Foundations of Chemical Engineering (Q3, SJR), Metals (Q1, SJR) и Hydrometallurgy (Q1, SJR и JCR Science Edition). Результаты исследования также были представлены на авторитетных отечественных и международных конференциях (XI Конференция молодых ученых по общей и неорганической химии, Москва, Россия, 6–9 апреля 2021 г.; Кластер конференций 2021: VI Международная научная конференция по химии и химической технологии, Иваново, Россия, 20-24 сентября 2021 г.; 79-е Курнаковские чтения, ИОНХ РАН, Москва, Россия, 8 декабря 2021 г.) Исследования были освещены в одном из сюжетов цикла научно-просветительной телевизионной программы «Черные дыры. Белые пятна» в выпуске от 02.10.2021 г. Также результаты исследований освещены и постоянно обновляются на международной социальной платформе ResearchGate - https://www.researchgate.net/project/Deep-eutectic-solvents-an-instrument-for-creating-accessible-green-technologies.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В текущем отчетном периоде был успешно завершен трехлетний цикл работ по разработке новых высокоэффективных экологически безопасных экстракционных процессов на основе глубоких эвтектических растворителей для селективного выделения переходных и сопутствующих металлов из твердых и жидких сред. В ходе выполнения 3-го этапа проекта предложен, синтезирован и охарактеризован новый гидрофобный глубокий эвтектический растворитель (HDES) на основе ди(2-этилгексил)фосфорной кислоты (Д2ЭГФК) и ментола, изучены его физико-химические и селективные свойства по отношению к Li, Co, Ni, Mn, Al, Fe, Cu. Получены количественные характеристики экстракции ионов металлов гидрофобными глубокими эвтектическими растворителями на основе Д2ЭГФК, Aliquat 336 и ментола из модельных и реальных растворов выщелачивания катодов литий-ионных аккумуляторов типов LCO (LiCoO2) и LFP (LiFePO4). Разработаны научные основы процесса экстракции металлов (Li, Ni, Co, Mn, Al, Fe, Cu) в предложенных экстракционных системах. Разработаны оригинальные принципиальные технологические схемы переработки отработанных катодов литий-ионных аккумуляторов типов LCO (LiCoO2) и LFP (LiFePO4), которые включают в себя стадии солянокислого выщелачивания металлов из материалов катода ЛИА и многоступенчатого извлечения и разделения ионов металлов с использованием гидрофобных DES на основе Д2ЭГФК, Aliquat 336 и ментола в соотношении 1:1. Предложенные схемы позволяют селективно извлечь основные элементы со степенью извлечения более 98% из растворов солянокислого выщелачивания. Основным аспектом данного проекта является практическая значимость полученных результатов. Разработанные научные основы экстракционных процессов выделения и разделения ионов металлов из твердых и жидких сред с использованием глубоких эвтектических растворителей могут быть востребованы при создании новых или модернизации существующих технологических производств (ООО «НЭК» г. Ярославль, ГК «Мегаполисресурс» г. Челябинск, АО "ПЗЦМ" г. Касимов) по переработке химических источников тока. Применение предложенных экстракционных систем отвечает требованиям по экологической безопасности и ресурсосбережению предъявляемым к современному высокотехнологичному производству. Необходимо отметить, современные технологии переработки отработанных источников тока это важнейший элемент в обеспечении сырьевой независимости государства, а также ключ к решению насущных и перспективных экологических проблем, имеющих большое социально-экономическое значение для высокотехнологичной экономики. В этой связи, полученные в ходе выполнения проекта результаты имеют существенное значение для ряда направлений Стратегии НТР РФ, в частности: «Возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий, социальных институтов на современном этапе глобального развития, в том числе применяя методы гуманитарных и социальных наук» и «Противодействие техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства». Таким образом, полученные в ходе выполнения проекта результаты в полной мере соответствуют заявленному плану и ожидаемым результатам на отчетный период 2022 г. По результатам исследования за текущий отчетный период были опубликованы статьи в ведущих в области химической технологии зарубежных и российских журналах - Processes и Теоретические основы химической технологии. Результаты исследования были представлены на конференциях и освещены в средствах массовой информации.