یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۲

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۲ – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

استخراج و انتقال یونهای فلزی و ترکیبات آلی کوچک با استفاده از غشاهای محتوی پلیمر (PIM ها)

۶- تحقیقات استخراج و انتقال در PIMها

در گذشته، تمام تحقیقات بر روی PIMها در مقیاس آزمایشگاهی انجام می‌گرفت. در تحقیقات استخراج، آزمایش‌های داخل بشر[بشر یک ظرف آزمایشگاهی است – مترجم]، به این صورت که PIM در یک محلول با گونه‌های مورد نظر غوطه‌ور می‌شود، مورد استفاده قرار می گیرند و نمونه‌های محلول در فواصل زمانی مختلف برای آنالیز بکار برده می شوند. بعضی از آزمایش‌های استخراج نیز در یک سل انتقال دو قسمتی (دو خانه ای) با طرحی مشابه با آنچه در یک آزمایش SLM نوعی به کار می‌رود، انجام می‌شوند (شکل ۵)، اما این نوع سل در تحقیقات انتقال، بیشتر استفاده می‌شود. فرایند انتقال در عرض PIMها ضرورتاً شامل تبادل گونه‌های یونی بین این دو خانه از طریق فاز غشایی که آنها را از هم جدا می‌کند، می‌باشد. فرایند انتقال کلی در چهار نوع حامل کاملاً مشابه است.

انتقال سر بالای حل‌شونده مورد نظر در عرض غشا می‌تواند با ترکیب یونی مناسب در خانه‌های منبع و دریافت‌کننده حاصل شود اما به علت وجود مکانیسم‌های مختلف کمپلکس‌سازی، خصوصیات انتقال و انتخاب ترکیبات یونی در فازهای منبع و دریافت‌کننده با توجه به نوع حامل، به طور محسوس متفاوت هستند. این امر در بخش‌های زیر که در آنها تحقیقات PIM گزارش شده در گذشته به صورت منظم بررسی شده‌ و براساس نوع حامل مورد بحث قرار گرفته‌اند، مشخص است.

۶-۱٫ حامل‌های بازی

حاملهای بازی شامل آمینهای با جرم مولکولی بالا مانند تری – n – اکتیل آمین (TOA) می‌باشند. علاوه بر این، بعضی از ترکیبات بازی ضعیف نظیر مشتقات آلکیلی پیریدین N اکسیدها مانند
۴- (^‘۱-n-تری دسیل) پیریدین N– اکسید (TDPNO) نیز به این گروه تعلق دارند. تعدادی از محققین [۸۲-۸۰] ترکیبات چهارگانه آمونیوم کاملاً استخلاف شده (مانند آلیکوآت ۳۳۶) را به عنوان حاملهای بازی طبقه‌بندی کرده‌اند اما آنها در اتم نیتروژن جفت الکترون تنهایی ندارند. علت این طبقه‌بندی، که در مقاله حاضر نیز بکار برده می‌شود، تشابه مکانیسم استخراج مربوط به آمینها و ترکیبات چهارگانه آمونیم کاملاً استخلاف شده می‌باشد. ساختار شیمیایی این حامل‌های بازی در شکل ۶ نشان داده شده است.

در مورد ترکیبات چهارگانه آمونیوم کاملاً استخلاف شده، حاملها در PIM به صورت یک تبادلگر آنیونی واکنش می‌کنند و یک جفت یون با یک کمپلکس آنیونی فلزی از فاز آبی تشکیل می‌دهند. در حالیکه در مورد آمینها و بازهای ضعیف فوق‌الذکر، حاملها باید ابتدا پروتونه شوند تا با کمپلکس آنیونی فلزی واکنش دهند یا مستقیماً با یک کمپلکس آنیونی فلزی پروتونه شده واکنش کنند [۴۰]. علاوه بر این، آمینها می‌توانند برای استخراج مواد معدنی ساده یا اسیدهای آلی و نیز ساکاریدهای کوچک مورد استفاده قرار گیرند [۸۵-۸۳]. به استثنای ساکاریدهایی که می‌توانند با حاملها از طریق گروههای کربوکسیل آنها پیوندهای هیدروژنی تشکیل دهند، استخراج سایر حل‌شونده‌ها با آمینها در محلول منبع با pH پایین‌تر از مقدار pK_b حامل روی می‌دهد.

حامل‌های بازی به طور بسیار گسترده در بررسی‌های PIMها برای استخراج و انتقال فلزات گرانبها و سنگین مورد استفاده قرار گرفته‌اند (جدول ۲). اکثریت این بررسی‌ها از این واقعیت بهره جسته‌اند که چنین فلزاتی با یون کلرید به آسانی کمپلکسهای آنیونی تشکیل می‌دهند. در حالیکه در گذشته هیچ PIM محتوی حاملهای بازی برای جداسازی اکتینیدها نظیر اورانیوم و پلوتونیم گزارش نشده است، باید خاطرنشان کرد که این واکنشگرهای حامل به طور کاملاً گسترده در استخراج حلال برای جداسازی این فلزات مورد استفاده قرار گرفته‌اند [۸۶].

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۲

۶-۲٫ حاملهای اسیدی وکی‌لیت‌ساز

چندین نوع ترکیب در شیمی استخراج حلال وجود دارند که تحت عنوان حاملهای اسیدی طبقه‌بندی می‌شوند. این ترکیبات شامل استرهای اسید فسفری و اسید تیوفسفری، کربوکسیلیک اسیدها و سولفونیک اسیدها می‌باشند. مثالهایی از گروه فسفری، فسفریک، فسفونیک و فسفینیک اسیدهایی نظیر D2EHPA، دی (۲و۴و۴- تری متیل پنتیل) فسفینیک اسید (سیانکس ۲۷۲) و دی (۲و۴و۴- تری متیل پنتیل) مونو تیوفسفینیک اسید (سیانکس ۳۰۲) می‌باشند. مثالهایی از کربوکسیلیک اسیدها نفتنیک و ورساتیک اسیدها می‌باشند در حالیکه DNNS مثالی از حامل‌های اسید سولفونیک می‌باشد.

علاوه بر حاملهای اسیدی فوق، گروه دیگری از ترکیبات وجود دارد که آنها هم اسیدی هستند اما خواص کی‌لیت‌سازی قوی نیز نشان می‌دهند. این ترکیبات شامل – هیدروکسی اکسیم‌ها و – هیدروکسی آریل اکسیم‌ها (واکنشگرهای LIX)، کینولین‌ها (کلکس ۱۰۰) و – دی کتونها می‌باشند. البته، در بعضی از شرایط اسیدهای فسفری به ویژه D2EHPA می‌توانند به عنوان عوامل کی‌لیت‌ساز دو دندانه عمل کنند.

از میان لیست حاملهای اسیدی فوق، بعضی از حاملهای تجاری که در گذشته در PIMها به کار برده شده‌اند، شامل LIX^®۸۴-I، کلکس ۱۰۰ و D2EHPA می‌باشند (جدول ۲). این کاربرد محدود تعجب‌‌آور است زیرا ثابت شده که واکنشگرهای اسیدی در جداسازی محدوده وسیعی از فلزات شامل فلزات واسطه، فلزات خاکی نادر و اکتینیدها به روش استخراج حلال، اهمیت ویژه‌ای دارند. ساختار مولکولی این حاملها در شکل ۷ نشان داده شده‌اند.

استخراج و انتقال کاتیون فلزی به وسیله حامل اسیدی، وابسته به تبادل یون فلزی با پروتونهای حامل می باشد. در نتیجه، انتقال مخالف پروتونها، نیروی محرک می‌باشد و با نگهداری اختلاف pH مناسب بین محلولهای منبع و دریافت‌کننده حاصل می‌شود. علاوه بر این، کنترل دقیق pH در محلول منبع می‌تواند، همانند مورد سیستم‌های استخراج حلال با استفاده از واکنشگرهای اسیدی،  به انتخاب‌پذیری خوبی منجر شود.

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۲

۶-۳٫ حاملهای خنثی یا حلال پوش

اغلب حاملهای خنثی یا حلال پوش که به صورت تجاری موجود هستند، واکنشگرهای استخراجی با پایه فسفری می‌باشند نظیر تری- n– بوتیل فسفات (TBP)، تری- n– اکتیل فسفین اکسید (TOPO) و دی بوتیل بوتیل فسفونات (DBBP) (شکل ۹) اما این گروه می‌توانند شامل دیگر واکنشگرهای آلی خنثی با توانایی حلال پوشی قوی ناشی از مراکز اسید لوییس یا پیوند هیدروژنی (مانند آمیدها) باشند. واکنشگرهای حلال پوش نظیر TBP و TOPO به گستردگی در استخراج حلال برای فرآوری اکتینیدهایی نظیر اورانیوم و لانتانیدها و نیز سدیم و سایر یونهای فلزی که عموماً در پسابهای دارای مقدار رادیواکتیویته پایین یافت شده‌اند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند [۸۶]. همانگونه که در بخش مقدمه این مقاله ذکر گردید، استفاده از PIMها به تقریباً ۴۰ سال پیش بر می‌گردد یعنی هنگامی که بلاچ و همکارانش [۲۱] تلاش اولیه‌ای را برای استفاده از PIMهای محتوی TBP به عنوان حامل برای بازیافت اورانیوم گزارش دادند اما احتمالاً به این علت که استفاده از حاملهای خنثی تا حد زیادی به یونهای فلزی رادیواکتیو محدود می‌شود، از آن موقع تا کنون فقط چند تحقیق بر روی PIM با استفاده از این نوع حامل گزارش گردیده است.

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۲

۶-۴٫ حاملهای ماکروسیکلی و ماکرومولکولی

بخش قابل توجهی از تحقیقات گزارش شده بر روی PIMها در گذشته از حاملهای ماکروسیکلی و ماکرومولکولی نظیر اترهای تاجی به عنوان واکنشگرهای (عوامل) استخراج کننده PIMها استفاده کرده است. این امر احتمالاً به علت انتخاب‌پذیری بالای کمپلکس‌سازی آنها با یونهای فلزی به علت حضور مکانهای کوئوردیناسیونی کپسول‌ساز در ساختار آنهاست که به ویژه ردیابی شده‌اند و نیز به علت انحلال‌پذیری پایین آنها در محلولهای آبی می‌باشد. علاوه بر این، استفاده از عوامل ماکروسیکلی گران قیمت در غشاها از استخراج حلال سنتی آسانتر است زیرا فهرستی از عوامل بطور قابل توجه کوچکتری مورد نیاز می‌باشند.

تعداد زیادی از حاملهای ماکروسیکلی بررسی شده در جدول ۴ خلاصه شده‌اند. گرچه اترهای تاجی و لیگاندهای ماکروسیکلی مشابه به صورت سنتی (متداول) در کمپلکس‌سازی یونهای فلزی قلیایی و قلیایی خاکی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، تعدادی از تحقیقات PIM به انتقال یونهای فلزی سنگین و رادیواکتیو مربوط می‌شوند. این امر احتمالاً به علت علاقه زیاد به استفاده از جداسازی غشایی در فرآوری پسماندهای هسته‌ای و آبهای آلوده و لجن‌های سمی می‌باشد. پتانسیل (ظرفیت) استخراج و بازیافت انتخابی یونهای آلی با استفاده از حاملهای ماکروسیکلی در تحقیق قبلی PIM نشان داده شده است [۱۵]. در PIMهایی که از حاملهای ماکروسیکلی و ماکرومولکولی استفاده می‌کنند، انتقال تسهیل می‌شود و مکانیسم شامل انتقال کاتیون هدف (مورد نظر) همراه با آنیون ملازم آن می‌باشد و عموماً از آب به عنوان فاز دریافت‌کننده، استفاده می‌شود.

استخراج یون آلی پیکرات در تحقیق قبلی به وسیله سوگیورا [۱۵] مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق غشاها محتوی PVC به عنوان پلیمر بازی، NPHE به عنوان نرم‌کننده و DC18C6 به عنوان حامل بودند. یک گرادیان غلظتی (شیب غلظتی) از یونهای پتاسیم در عرض غشا برای انتقال پیکرات در برابر گرادیان غلظتی آن با جریان اولیه M molm^-2s^{-1 2-}10×۷/۵ مورد استفاده قرار گرفت. هنگامی که هر دو محلول منبع و دریافت‌کننده محتوی پتاسیم پیکراتM^4-10 بود و در ۳/۸=pH با استفاده از تریس- H₂SO₄ M01/0 بافری شد، انتقال بهینه گزارش گردید. علاوه بر این، محلولهای منبع و دریافت‌کننده به ترتیب محتوی پتاسیم سولفات M5/0 و لیتیم سولفات M5/0 بودند. این محقق فرض کرد که یک جفت یون از میان غشا انتقال می‌یابد و در این مورد، پتاسیم به عنوان یک یون مخالف برای انتقال آنیون پیکرات در عرض غشا عمل می‌کند [۱۵]. جدیدترین مقاله ای‌ [۱۰۷] که درست هنگامی که این مقاله در مراحل نهایی تکمیل بود، زیر چاپ قرار داشت، کاربرد PIMهای محتوی چند کمپلکس فلزی ماکروسیکلی و نرم‌کننده‌های مختلف را برای انتقال آنیونها توصیف می‌کند. حاملها، ضرورتاً ترکیبات بیس (پیریدیل متیل) آمین کوئوردینه شده با یونهای فلزات واسطه Fe(III)، Cu(II) و Zn(II) بودند. یکی از حاملها دارای پایه رزورسینارن پیوند یافته با چهار آمین بیس (پیریدیل متیل) بود. به علت حضور فلزات در کمپلکس حامل، بعضی از انحرافات از رشته آنیونهای «هاف میستر» مشاهده شد. این PIMها، انتخاب‌پذیری عالی را برای یون ReO₄^–  نشان دادند و پیشنهاد شد که آنها انتخاب‌پذیری عالی را برای یون TcO₄^– نیز نشان می‌دهند.