Đang tải... (xem toàn văn)
Hiện nay, nhiều kim loại quý, chẳng hạn như ruteni (Ru), rođi (Rh), osmi (Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) và đặc biệt là palađi (Pd) ngày càng được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghệ cao
LỜI CẢM ƠN TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ***************** NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC HÀ NỘI - 2009 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN VĂN HẢI TỐI ƯU HÓA CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TÁCH TINH CHẾ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: HOÁ VÔ CƠ Mã số : 62.44.25.01 DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Lê Bá Thuận 2. TS. Phạm Đức Roãn TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN **************** NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN Chuyên ngành : HÓA VÔ CƠ Mã số : 60.44.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nghiêm Xuân Thung HÀ NỘI - 2009 2 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác. Tác giả 3 Lời cảm ơn Luận văn khoa học này được hoàn thành tại Bộ môn Hóa vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Công nghệ xạ hiếm và Viện Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán b ộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Vật liệu - Viện Công nghệ xạ hiếm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các nhà khoa học đã đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, các thầy cô giáo trong Bộ môn Hoá học Vô cơ - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Tác giả 4 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Pd : Palađi PDA : N,N-dibutyl-N,N-diphenyl-2,6-pyridine dicarboxyamide TOA : Tri-n-octyl amin TMEA : Tris[2-(2-methoxyethoxy)-ethyl] amin EDTA : Etylendiamintetraaxetic axit FEED : Dung dịch pha nước ban đầu của quá trình chiết O,A : Pha hữu cơ (Organic - hc ), pha nước (Aqueous - nc) V (hc/nc) : Tỉ lệ thể tích pha hữu cơ / thể tích pha nước D Pd : Hệ số phân bố [ ] bđ : Nồng độ tại thời điểm ban đầu [ ] hc,nc : Nồng độ của cấu tử trong pha hữu cơ hoặc pha nước E(%) : Hiệu suất của quá trình chiết S(%) : Hiệu suất của quá trình giải chiết 5 MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Trang MỞ ĐẦU ……………………………………………………………… 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ………………………………………… 3 1.1 – Nguyên tố paladi (Pd) ………………………………………… 3 1.1.1 - Tính chất ………………………………………………….…. 3 1.1.2 - Trạng thái thiên nhiên ………………………………………. 6 1.1.3 - Đồng vị ……………………………………………………… 7 1.2 – Paladi nitrat (Pd(NO ) ) ………………………………………… 3 2 8 1.3 –Ứng dụng của nguyên tố palađi (Pd) và các hợp chất của nó …… 8 1.3.1 - Ngành điện tử …………………………………………….…. 9 1.3.2 - Công nghệ …………………………………………………… 9 1.3.3 - Xúc tác ……………………………………………………… 10 1.3.4 - Lưu trữ hiđrô ……………………………………………… . 10 1.3.5 - Kim hoàn ……………………………………………………. 10 1.3.6 - Nhiếp ảnh …………………………………………………… 11 1.3.7 - Nghệ thuật ………………………………………………… . 11 1.4 – Các phương pháp tách và tinh chế paladi bằng dung môi ……… 11 1.4.1 - Phương pháp chiết dung môi . 12 1.4.1.1 - Phương pháp tĩnh . 13 1.4.1.2 - Phương pháp động ………………………………………… 14 1.4.2 – Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết palađi bằng dung môi . 14 1.4.2.1 - Tác nhân chiết 14 1.4.2.2 - Thiết bị chiết 15 1.4.2.3 - Bản chất ion kim loại . 15 1.4.2.4 - Ảnh hưởng của nồng độ axit vô cơ trong pha nước . 16 6 1.5 – Vai trò của các tác nhân chiết PDA và amin đối với paladi nitrat 17 1.5.1 - Đặc điểm hóa học của tác nhân chiết PDA và một số amin . 17 1.5.1.1 – Tác nhân chiết PDA . 17 1.5.1.2 – Tác nhân chiết TOA và các amin khác …………………… 21 1.5.2 – Ảnh hưởng của dung dịch giải chiết ……………………… . 22 1.5.3 – Các ảnh hưởng khác ………………………………………… 23 1.6 - Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai 24 1.6.1 - Hóa học chiết 24 1.6.2 - Thiết bị chiết . 24 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ……………………………………………………… . 26 2.1 - Hóa chất, thiết bị ………………………………………………… 26 2.1.1 - Dung dịch …………………………………………………… 26 2.1.2 - Các tác nhân chiế t …………………………………………… 27 2.1.3 – Dung môi …………………………………………………… 27 2.1.4 - Thiết bị …………………………………………………… . 27 2.2 – Các phương pháp thực nghiệm …………………………………. 27 2.2.1 - Tiến hành chiết Pd(II) ………………………………………. 28 2.2.2 - Tiến hành giải chiết Pd(II) ……………………………….…. 29 2.3 – Các phương pháp phân tích, kiểm tra ………………………… . 29 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN …… 30 3.1 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân chiết PDA …… . 30 3.1.1 – Khảo sát khả năng chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa PDA 50mM ………………………………………………… . 31 3.1.2 – Khảo sát khả năng chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa PDA 100mM …………………………………………………. 33 3.1.3 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) với hỗ n hợp của HNO 3 và NaNO 3 trong dung dịch FEED……………………………………… 34 3.1.4 – Nghiên cứu khả năng giải chiết Pd(II) bằng hỗn hợp của HNO 3 và EDTA ……………………………………………………. 35 7 3.1.5 - Ảnh hưởng của tác nhân chiết PDA tới quá trình chiết Pd(II). 36 3.1.6 - Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO 3 tới quá trình chiết Pd(II) bằng tác nhân PDA ………………………………………………… 37 3.2 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân chiết là amin.… . 42 3.2.1 – So sánh khả năng chiết Pd(II) của các tác nhân amin…… . 42 3.2.2 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân TOA…….…. 43 3.2.2.1 - Chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa TOA 100mM ……………………………………………………………… 43 3.2.2.2 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa tác nhân TOA có nồng độ khác nhau ………………………………. 45 3.2.2.3 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi nitrobenzen với nồng độ TOA 100mM ……………………………………………… 46 3.2.2.4 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi nitrobenzen chứa tác nhân TOA có nồng độ khác nhau ………………………………. 47 3.2.2.5 - Ảnh hưởng c ủa tác nhân chiết TOA tới quá trình chiết Pd(II) ……………………………………………………………… 49 3.2.2.6 - Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO 3 tới quá trình chiết Pd(II) ……………………………………………………………… . 51 KẾT LUẬN . 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 58 8 MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiều kim loại quý, chẳng hạn như ruteni (Ru), rođi (Rh), osmi (Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) và đặc biệt là palađi (Pd) ngày càng được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghệ cao. Là một nước giàu khoáng sản với các mỏ quặng với trữ lượng lớn như Yên Bái, Phú Yên, Đà Nẵng, Tây nguyên , Việt Nam có nguồn nguyên liệu dồi dào để tách hầu hết các kim loại quý. Để phát huy giá trị kinh tế của tài nguyên này, giai đoạn phân chia, tinh chế các kim lo ại quý đóng vai trò quan trọng. Do đó, một yêu cầu cấp thiết đặt ra là xây dựng các quy trình công nghệ tách, tinh chế các kim loại quý, đem lại hiệu quả và lợi ích kinh tế cao cho đất nước. Trong các ứng dụng để phân chia, tinh chế thì phương pháp chiết dung môi là một trong những phương pháp có nhiều ưu thế để thu nhận các sản phẩm kim loại quý có độ tinh khiết cao. Phương pháp này có những đặc tính ưu việt như tính liên tục, khả nă ng tự động hóa, năng suất cao, . . Hiện nay, công nghệ chiết dung môi vẫn không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Trong đó, ngoài việc tìm kiếm tác nhân chiết mới thì chủ yếu tập trung vào việc cải tiến, tối ưu hóa các lưu trình chiết sẵn có nhằm nâng cao độ tinh khiết và hiệu suất thu hồi các sản phẩm nghiên cứu. Để xây dựng các quy trình chiết các kim loại quý như paladi , có rất nhiều thông số cần được khảo sát nh ư thông số thiết bị (số bậc chiết, rửa chiết, giải chiết), thông số thành phần (nồng độ kim loại cần tách và nồng độ axit của dung dịch nguyên liệu, dung dịch rửa, mức độ trung hòa dung môi .) và thông số tổ chức lưu trình (tốc độ dòng nguyên liệu, dung dịch rửa và giải chiết). Do đó, để rút ngắn thời gian và công sức nghiên cứu, xu hướng chung hiện nay là xác định các thông số này bằng cách s ử dụng các thành phần nguyên liệu cho quá trình chiết có độ tinh khiết cao. Sau khi có được các số 9 liệu thực nghiệm, người ta mới xây dựng được quy trình, thông số kỹ thuật cơ bản như độ phân pha, nồng độ thích hợp của các cấu tử nghiên cứu, hệ số tách của từng nguyên tố . để từ đó lập ra một dạng mô phỏng để tính toán và tối ưu hóa hệ thống chiết, tinh chế từng kim loại riêng biệt, đặc biệt như palađi. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng chiết palađi(II) bằng tác nhân PDA và một số amin “. Đề tài nghiên cứu được xây dựng sẽ tạo ra một công cụ hiệu quả, tin cậy để xác định và tối ưu hóa các thông số cơ bản của một số quá trình chiết palađi(II) với các dung môi trong các trong các điều kiện khác nhau. Với kết quả thu được sẽ làm tiền đề cho việc xây dự ng được quy trình tinh chế paladi cũng như các kim loại quý khác. Điều đó là cơ sở quan trọng cho việc đầu tư trang thiết bị nghiên cứu và triển khai ứng dụng thực tế sau này. 10 [...]... nghiên cứu của luận văn này, chúng tôi sẽ trình bày khả năng chiết tách palađi(II) theo phương pháp khuấy – lắng bằng một số tác nhân chiết mới trên cơ sở của lựa chọn một số loại dung môi nhất định trong môi trường axit nitric 1.5.1 - Đặc điểm hóa học của tác nhân chiết PDA và một số amin 1.5.1.1 – Tác nhân chiết PDA 25 Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam và Viện Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản hợp tác. .. kỳ, việc nghiên cứu các thông số chiết một cách cơ bản, như dung môi sử dụng, tác nhân chiết, môi trường axit, bản chất của ion kim loại, thiết bị nghiên cứu là một yêu cầu tất yếu Dưới đây, tác giả xin liệt kê một vài yếu tố: 1.4.2.1 - Tác nhân chiết Có rất nhiều tác nhân chiết được sử dụng phổ biến hiện nay chủ yếu là các tác nhân chiết mang tính thương mại thông dụng, bao gồm tác nhân chiết trao... axit vùng chiết, vùng rửa chiết, nồng độ dung môi và tác nhân chiết sử dụng - Thông số quá trình: Lưu lượng (tỉ lệ về thể tích) của các dòng dung dịch nguyên liệu, dung môi và dung dịch giải chiết - Thông số thiết bị: số bậc vùng chiết và giải chiết Để làm được việc đó, bước đầu chúng tôi tiến hành nghiên cứu sơ bộ khả năng chiết của từng loại dung môi, tác nhân chiết với các điều kiện khác nhau bằng các... ứng dụng làm tác nhân chiết trong các quá trình chiết, tách các kim loại như palađi có hiệu quả cao Vì đây là công nghệ mới nên việc đưa ra nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi vẫn còn hạn chế nên hợp chất này vẫn còn phải nghiên cứu thêm một thời gian nữa Theo chương trình hợp tác giữa hai Viện, chúng tôi đã sử dụng tác nhân chiết trên để nghiên cứu cho một số quá trình tách chiết Uran, Thori và đặc biệt... 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-diethylaminophenol [10], trialkyl amines [18,24] , schiff base [35] Các tác nhân này đều mang tính hiệu quả chiết cao Tuy vậy, chúng vẫn thuộc các tác nhân hiếm và chưa mang tính thương mại Với phương pháp chiết dung môi, yếu tố quan trọng nhất là tác nhân chiết Việc nghiên cứu nguyên liệu mới có khả năng được ứng dụng cao làm tác nhân chiết mới thì việc tách các kim loại quý, đặc biệt như palađi, bằng. .. đề nồng độ và loại axit sử dụng vẫn còn đòi hỏi phải được nghiên cứu sâu hơn nữa Trong luận văn, chúng tôi xem xét ở nhiều ngưỡng nồng độ axit trong dung dịch ban đầu để chọn ra nồng độ tối ưu, sao cho khả năng chiết Pd(II) đạt hiệu quả cao nhất và nồng độ tác nhân chiết PDA tối ưu nhất Ảnh hưởng của nồng độ tác nhân PDA 28 Theo các tính toán và nghiên cứu, nếu nồng độ của tác nhân chiết PDA càng cao... nồng độ PDA càng cao thì độ quánh của pha hữu cơ càng tăng, cũng như khả năng chiết và giải chiết cũng tăng lên rất nhiều Trong một số trường hợp, dung môi dùng để pha loãng các tác nhân chiết này cũng cần phải thử nghiệm, có dung môi thì PDA tan hoàn toàn, có dung môi thì ngược lại Như trong bảng 5 chỉ khá rõ điều đó 1.5.1.2 – Tác nhân chiết TOA và các amin khác Cũng giống như tác nhân chiết PDA, Tri-n-octyl... Tại nồng độ này, khả năng tiến hành thí nghiệm sẽ ổn định khi đo với các thiết bị hiện có, các tính toán chính xác sẽ có sai số là nhỏ nhất Trong quá trình chiết, PDA sẽ phản ứng tạo phức để tạo ra một số phản ứng hóa học Theo thông tin do nhóm nghiên cứu của Viện Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản cung cấp, PDA là tác nhân chiết solvat hóa Quá trình chiết bằng tác nhân chiết solvat hóa của PDA xảy ra do sự... PDA, Tri-n-octyl amin (TOA) cũng được sử dụng để làm tác nhân chiết Pd(II) trong một số dung môi [37,38] Trong các amin này, chúng tôi lấy TOA làm đại diện cho các amin khác vì một phần do tính chất thương mại của chúng, một phần do khả năng hơn hẳn của tác nhân TOA so với amin khác có cùng tính chất (sẽ được chỉ rõ trong chương 3) Dưới đây là một số các amine được sử dụng trong nghiên cứu này Bảng 4... lượng của tác nhân chiết này có hạn nên chúng tôi chưa thể mở rộng nghiên cứu sâu hơn trong luận văn Tác nhân chiết mới này chính là N,N-dibutyl-N,N-diphenyl-2,6-pyridine dicarboxyamide (hay còn gọi là DBuDPhPDA hay PDA) , và cấu tạo của PDA được chỉ ra trong hình 2 Ph Ph N N N Bu Bu O O Hình 2: Cấu tạo của tác nhân chiết N,N-dibutyl-N,N-diphenyl-2,6-pyridine dicarboxyamide (PDA) Tác nhân PDA đặc điểm
