یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۳

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۳ – 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)

۷- مکانیسم‌های انتقال

۷-۱٫ مکانیسم‌های انتقال بین سطحی

هم SLMها و هم PIMها شامل انتقال انتخابی حل شونده هدف (مورد نظر) از محلول آبی به محلول دیگر، از طریق غشای جدا کننده آنها، که در شکل ۵ دیده می‌شود، می باشند[۱]. این انتقال کلی شامل دو فرایند است، یعنی انتقال حل‌شونده هدف در عرض دو حد واسط و نفوذ از میان غشا. فرایند اولی برای هر دو نوع غشا مشابه است اما چون PIMها از نظر ترکیب و مورفولوژی (ریخت‌شناسی) با SLMها تفاوت قابل توجهی دارند، مکانیسم‌های انتقال کلی SLMها و PIMها یکسان نیستند. با این وجود، یافته‌های اساسی حاصل از مطالعات SLM که بطور جامع توسط چندین محقق بررسی گردیده است [۱، ۲، ۱۰۸]، می‌توانند برای توضیح مکانیسم‌های انتقال مشاهده شده با PIMها بسیار مفید باشند.

این بخش، مکانیسم‌های انتقال بین سطحی را با تمرکز بر روی شیمی فاز آبی و پدیده‌های مشاهده شده در حد واسط غشا – فاز آبی بحث می‌کند. مکانیسم‌های نفوذ توده‌ای که در داخل فاز غشایی اتفاق می‌افتند در بخش بعدی مطرح می‌شوند (بخش ۷-۲).

دانسی [۱۰۸] نفوذ حل شونده هدف از میان یک SLM را به صورت یک استخراج تک مرحله‌ای در ترکیب همزمان با یک مرحله استخراج برگشتی توصیف می‌کند. بنابراین، انتقال تحت شرایط غیرتعادلی روی‌می‌دهد. دِگیوز و دِسان میگواِل [۲] آنالیز مفصل‌تری را فراهم کردند که نفوذ حل‌شونده هدف از میان یک لایه ساکن در حد واسط محلول آبی/ غشا را در نظر می‌گیرد و انتقال یون‌های همراه با یون‌های مخالف را نیز مورد توجه قرار می‌دهد اما این محققین مشاهده کردند که هنگامی که شرایط هیدرودینامیک مناسب در نزدیکی حد واسط محلول آبی/ غشا بوسیله به هم زدن ثابت یا جریان مماسی ثابت، نگهداشته می‌شود، فرآیند نفوذ از میان این لایه آبی ساکن نسبتا سریع است و می‌تواند نادیده گرفته شود. در نتیجه، توصیف انتقال حد واسط که بوسیله دِگیوز و دِسان میگواِل [۲] برای سیستم استخراج غشایی نوعی ارائه شد، با آنچه که بوسیله دانسی [۱۰۸] توصیف شد، کاملا مشابه می‌شود. بر اساس این مقالات، سه مرحله‌ اصلی که انتقال حل شونده و هدف را از محلول منبع به محلول دریافت‌کننده و در PIM ها تعیین می‌کنند به صورت ترسیمی در شکل‌های ۱۰ (الف) تا (د) نشان داده شده اند. این ‌شکل‌‌ها انتقال فلزی دشوار را که در مراحل نهایی فرایند جداسازی اتفاق می‌افتد، نشان می‌دهند.

واضح است که نسبت توزیع (اغلب تحت عنوان ثابت توزیع یا ضریب توزیع، ، نامیده می‌شود) کمپلکس حل شونده هدف / حامل میان فاز آلی غشا و محلول آبی،  (بالانویس «s» محلول منبع را نشان می‌دهد)، باید آنقدر بالا باشد که فرایند استخراج را مطلوب سازد. در مقابل،  (بالانویس «r» محلول دریافت‌کننده را نشان می‌دهد)، در مکان دریافت‌کننده باید به اندازه کافی پایین باشد که استخراج برگشتی حل شونده هدف از فاز غشایی را مطلوب سازد.

در نتیجه، در داخل فاز غشایی گرادیان غلظتی کمپلکس حل شونده / حامل یا جفت یون وجود دارد که به عنوان نیروی محرک برای انتقال آن از عرض غشا عمل می‌کند و این برخلاف این واقعیت است که غلظت تجزیه‌ای کلی حل شونده هدف در محلول منبع می‌تواند به طور قابل توجهی کمتر از محلول دریافت‌کننده باشد. به عبارت دیگر، انتقال دشوار (سربالایی) فقط با توجه به غلظت تجزیه‌ای کلی حل شونده انجام می‌شود در حالیکه در فاز غشایی، انتقال واقعا آسان (سراشیبی) با توجه به گونه‌های شیمیایی واقعی که از عرض غشا نفوذ می‌کنند، صورت می‌گیرد. در عمل، چنین اختلافی در K_p میان محلول‌های منبع و دریافت‌کننده می‌تواند با ترکیب شیمیایی مناسب این‌ محلول‌ها حفظ شود. به عنوان مثال، یک عامل کمپلکس‌ساز قوی اغلب در محلول دریافت‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد تا یون هدف را از غشا جدا کند. از میان چندین تحقیق که در آن‌ها، مشاهدات مربوط به تایید این مکانیسم انتقال حد واسط گزارش شده است، تحقیق بلاچ و همکارانش [۲۱] و ماتسو اُکا و همکارانش [۴۶] می‌توانند به عنوان دو مثال مورد استفاده قرار گیرند. در تحقیق اولی چنین استدلال شد که جریان نفوذی ادامه می‌یابد تا (که C_i غلظت حل شونده هدف در محلول آبی می باشد)، یعنی ادامه می یابد تا
شیب های غلظتی در داخل غشا ناپدید شوند. این موضوع با تحقیق محققین اخیر [۴۶] که انتقال یون اورانیل از میان غشای CTA/TPB را بررسی کردند و نسبت  را میان محلول‌های منبع و دریافت‌کننده محتوی به ترتیب ۱M NaNO₃ و ۱M NaCO₃ گزارش دادند، نیز سازگار است. در نتیجه، انتقال دشوار (سربالایی) تقریبا کامل یون اورانیل با این سیستم مشاهده گردیده است.

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۳

۷-۲٫  مکانیسم های انتقال توده‌ای

همانگونه که در بخش قبلی بحث شد، انتقال تسهیل شده در عرض یک غشا از فاز منبع تا فاز دریافت کننده شامل نفوذ کمپلکس حامل / هدف از طریق غشای توده‌ای به اضافه انتقال در عرض دو حد واسط محلول/ غشا می باشد [۱۰۹،۷۸،۲،۱]. در مورد غشای مایع توده­ای، حامل که فرض می‌شود می‌تواند آزادانه در داخل غشا حرکت کند، نقش یک ریل انتقال را بازی می‌کند [۷۸].

با این وجود، انتقال تسهیل شده می‌تواند در غشای تبادل یونی و دیگر انواع غشاها نیز روی دهد که در آنها گروه عاملی واکنش‌پذیر (یا حامل ) به صورت کووالانسی به ساختار چارچوب پلیمری پیوند می‌یابد [۵۵]. در این مورد حامل بی‌حرکت می‌شود و فرض می‌شود که نفوذ توده‌ای حل شونده مورد نظر (هدف) از طریق تغییر موقعیت متوالی از یک مکان واکنش­پذیر به مکان دیگر انجام می­شود [۱۰۹،۷۸].

در مورد یک PIM نوعی، همانگونه که در بخش ۵-۱ بحث شد، گرچه حامل به صورت کووالانسی با پلیمر بازی پیوند ندارد، غشا اساسا یک لایه نازک یکنواخت شبه جامد است و فاز مایع واقعی نیست [۱۱۰].

از آنجا که حاملها غالبا توده‌ای هستند (شکلهای ۶-۹ و جدول ۴)، تحرک آنها در PIM ها در مقایسه با SLMها بسیار محدودتر می‌شود. در نتیجه، گرچه مکانیسم های واقعی هنوز مورد بحث جنجالی در مقالات می‌باشند، فرض می شود که فرایندهای نفوذ توده‌ای در PIM ها از SLMها و سایر انواع غشاهای مایع متفاوت هستند [۱۰۹،۷۸].

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۳

۸- مدل بندی ریاضیاتی

توسعه مدلهای ریاضیاتی برای توصیف مناسب فرایندهای استخراج و انتقال، پایه­ای برای بررسیهای PIM می­باشد. مدل بندی ریاضیاتی یک ابزار حیاتی برای فهم عمیق فرایندهای شیمی فیزیکی و انتقال مربوطه می­باشد و ثابتهای ترمودینامیکی و سینتیکی را تعیین می­کند و سیستم های جداسازی غشایی مربوطه (مانند ترکیب غشا و محلول و ابعاد سیستم ) را بهینه سازی می­کند. شگفت انگیز نیست که تعداد قابل توجهی از بررسیهای PIM ها این موضوع را نشان می­دهند.

استوکیومتری کمپلکس انتقال یافته در عرض PIM ها در تعدادی از تحقیقات [۴۳ ,۵۳ ,۹۲] با پیروی از روشهای استاندارد بکار رفته در استخراج حلال تعیین گردیده است. کوزوموکاهیو و همکارانش [۵۳] برای تعیین استوکیومتری کمپلکس شدگی میان Ce(NO₃)₃ و حاملN وN وN’و  N’ – تترا اکتیل -۳- اکساپنتان دی آمید (TODGA ) بی تحرک شده در  PIMهای با پایه CTA (معادله ۱۵ (ب) )، معادله ۱۵ (الف) را با داده‌های توزیع تجربی ارتباط دادند:

یونهای فلزی ترکیبات آلی غشاهای محتوی پلیمر – ۳

۹- آینده تحقیقات PIM

یکی از اهداف اصلی این مقاله، ایجاد بینش عمیق تر درباره عواملی است که سرعت انتقال، انتخاب‌پذیری و پایداری PIMها را بوسیله تلفیق پدیده‌های انتقال مشاهده شده توسط محققین مختلف کنترل می کنند و این پدیده‌ها را با خواص غشا ارتباط می دهند. همانگونه که در بخش‌های مختلف بحث گردید، معلوم شد که تعدادی از عوامل بر عملکرد (کارآیی) PIMها اثر می گذارند که مهمترین آنها عبارتند از: (۱) ترکیب غشا، (۲) خواص پلیمرهای بازی، حامل‌ها و نرم کننده‌ها، (۳) مورفولوژی غشا و (۴) شیمی محلول‌های آبی تشکیل دهنده فازهای منبع و دریافت‌کننده. مشاهده شده است که بین این عوامل رابطه پیچیده‌ای وجود دارد و لازم است آنها با روش صحیحی برای مکانیسم‌های انتقال در PIMها در نظر گرفته شوند.

همانگونه که ثابت کرده‌ایم، تعداد قابل توجهی از مقالات انتشار یافته در مورد PIMها وجود دارند و این تعداد به طور پایدار در حال افزایش است. یکی از عواملی که در اکثریت این مقالات دیده می‌شود، نیاز به رسیدن به موازنه ترکیب غشایی از لحاظ سه جزء اصلی غشا یعنی پلیمر بازی، حامل و
نرم کننده می باشد. در حالیکه برای انتقال حل شونده هدف در PIMها، حامل ضروری است، مقادیر اضافی حامل می تواند به انباشتگی حامل در بعضی موارد و تراوش در بقیه موارد، منجر شود. همچنین، مقدار اضافی نرم‌کننده می تواند به «نشتی» غشا منجر شود در حالیکه نرم کننده کم (ناکافی) می تواند به نفوذپذیری بسیار پایین غشا منتهی شود.

کاسلر ]۷۸[ با نشان دادن پایداری عالی PIMها نسبت به دیگر انواع غشاهای مایع مختلف (مانند SLMها) و نفوذپذیری مناسب از لحاظ عملی و انتخاب پذیری PIMها برای کاربردهای صنعتی،       (با احتیاط درباره تفکر نسبت به خط زمانی)، کاهش تحقیقات اصلی در مورد SLMها و افزایش علاقه به تحقیقات PIMها را در آینده‌ای نزدیک پیش‌بینی کرده  و نتیجه گرفته است که کاربردهای عملی پدیدار خواهند شد (شکل ۱۳). در واقع، اگر تعداد روز افزون مقالات منتشر شده در مورد PIMها را در نظر بگیریم، این پیش‌بینی واقعا تابحال به وقوع پیوسته است اما ما بر این باور نیستیم که سیستم‌های PIM جایگزین سیستم‌های استخراج حلال متداول خواهند شد و قطعا در آینده‌ای نزدیک چنین نخواهد شد اما در نواحی ویژه نظیر جداسازی آمینواسیدها در بیوتکنولوژی، غنی سازی فروکتوز در تکنولوژی فرآوری غذا، بازیافت فلزات گرانبها از قراضه‌های الکترونیکی و مبدل‌های کاتالیزوری، تصفیه جریان پساب‌های رادیواکتیو و پالایش محیط زیست از آب‌های آلوده نقش مهمی خواهد یافت.