اطلاعات اولیه
جداسازی یونهای فلزی آلاینده آب ، مسئلهای است که شماری از متغیرها آن را پیچیده میکند. از جمله این متغیرها میتوان
PH و حضور
مواد آلی را نام برد. بهعنوان نمونه ، کاملا معلوم شده است که فلزاتی مانند
(Pb (II و
(Hg (II که برای بیشتر موجودات زنده سمیاند، در جریان فرایندهای مختلفی به درون سیستمهای آبی راه مییابند. تولید
سلاحهای هستهای نیز مشکلات
فضولات خطرناک را بوجود آورده است.
بازیابی فلزات
هم به دلایل
زیست محیطی و هم اقتصادی ، علاقه فزایندهای به بازیابی فلزات گرانبها وجود دارد. مشکلی جدی که بر سر راه خارج کردن
یونهای فلزی وجود دارد، آن است که
غلظت گونههای مورد نظر برای عملی شدن جداسازی ، اندک است و ضمنا این گونهها به صورت مخلوطهای پیچیدهای هستند. مثلا فضولات پرتوزا نهتنها حاوی
رادیو نوکلئیدها هستند، بلکه یونهایی مانند
سدیم ،
پتاسیم و
کلسیم را (که از لحاظ زیست محیطی ضروری نیستند) نیز در غلظتهای زیاد شامل میشوند. این یونهای بیضرر میتوانند مواد استخراج کننده را پیش از آنکه بتوانند یونهای سمی را بطور موثری خارج سازند، اشباع کنند.
روشهای حذف یونهای فلزی
استخراج حلالی
در استخراج حلالی ، آب آلوده با ماده استخراج کننده آلی که در آب حلناپذیر است، تماس پیدا میکند. استخراج کننده قادر است یون را مبادله کند یا با یون فلزی ، کیلیت بوجود آورد. بر اثر همزدن ، یونهای فلزی به
فاز آلی انتقال مییابند. سپس مهلت میدهند تا فازها از هم جدا شوند و آنگاه یونهای فلزی را با محلول مناسبی از فاز آلی حامل آنها جدا میکنند. این محلول غلیظ یون فلزی را میتوان تخلیص کرد یا دور ریخت.
رزینهای تبادل یونی
این
رزینها با همان اصول استخراج حلالی عمل میکنند و مشتمل بر گروههای عاملی هستند که قادرند با یونهای فلزی ، تشکیل
کمپلکس دهند یا یون را مبادله کنند. رزینها با محلول آلوده تماس مییابند، یونهای فلزی بر آن سوار میشوند و بالاخره با محلول شوینده مناسب یونها از رزین جدا میگردند. از آنجا که گروه عاملی با یون فلزی برهمکنش میکند، بطور
کوالانسی با
بسپار حلناپذیر پیوند یافته است.
معایب و مزایای روشها
مزایای استخراج حلالی ، سرعت زیاد ، گنجایش زیاد و گزینشپذیری یونهای موردنظر است. البته حلپذیری محدود استخراج کنندهها ، حلالها و اصلاح گرما در محلولهای آبی ، عیب این روش محسوب میشود. این امر نهتنها بهعلت اتلاف واکنشگرها ، بر هزینه روش کار میافزاید، بلکه آب را با موادی آلی که بالقوه سمی هستند، میآلاید. افزون بر این ، موجب اتلاف مواد آلی از طریق
تبخیر و انتقال میشود. بهعلاوه ، تعویض حلال برای محلول یونهای فلزی توصیه نمیشود، زیرا حجم زیادی از استخراج کننده مورد نیاز خواهد بود.
در
رزینهای تبادل یونی ، مشکل اتلاف ماده استخراج کننده و ورود آن به فاز آبی وجود ندارد. این رزینها را میتوان بازیابی و برای فرایندهای پیوسته دوباره استفاده کرد. عیب این رزینهای تبادل یونی ، سرعت عمل پایین آنها در مقایسه با استخراج حلالی است. با وجود این ، افزودن بر تخلخل رزین یا کاستن از اندازه دانههای رزین یا کاستن از میزان شبکهبندی ، میتواند به بهبود سرعت عمل آن کمک کند، زیرا بدین وسیله دسترسی به لیگاندهای سوار بر بسپار به یونهای فلزی افزایش مییابد.
گزینشپذیری رزین تبادل یونی
گزینشپذیری رزینهای تبادل یونی برای انتخاب یونهای فلزی موردنظر در جداسازی این فلزات از محلولهای پیچیده از اهمیت بسزایی برخوردار است. با این همه ، این مسئله گاه مشکلساز میشود، زیرا اختلاف انرژی آزادسازی بسیاری از واکنشهای تبادل یونی ، اندک است. این امر پیش از آنکه یونهای فلزی مورد نظر بتوانند تا اندازه قابل ملاحظهای خارج شوند، میتواند موجب اشباع شدن رزین تبادل یونی با یونهای بیضرر شود (غلظت یونهای بیضرر اغلب بیشتر از غلظت یونهای موردنظر است.).
با بکار بردن لیگاندهایی که میتوانند با یون فلزی مورد نظر کوئوردینانس یا کیلیت شوند، میتوان گزینشپذیری را افزایش داد. مثلا
اترهای تاجی که بطور کوالانسی با ماتریس بسپاری پیوند یافته باشند، میتوانند یون فلزی هدف را از محلول حاوی چندین یون دیگر با همان غلظت بطور گزینشی برگزینند و خارج کنند. در اینجا بهعلت طبیعت آبدوست بسپار ، یک حلال آلی با قطبیت کمتر باید به محلول آبی افزوده شود. فقدان آبدوستی را میتوان با مصرف لیگاندهای قطبیتر یا با گنجاندن هر دو نوع لیگاند تبادل یونی و کوئوردینانس کیلیت شونده در بسپار برطرف کرد.
گزینشپذیری انواع لیگاندها
لیگاندهای آمینی
بسپارهای شامل لیگاندهای آمینی در جداسازی یونهای فلزی مرسوماند. این رزین در رقابت با یونهای دیگر (Fe (III را بر میگزیند و در غیاب (Fe (III) ، Cu (II را از میان سایر یونها انتخاب میکند.
لیگاندهای آمیدوکسیمی
الیاف بسپاری که از پیوندزنی آکریلونیتریل بر
پلی پروپیلن از طریق تابشدهی تهیه میشوند، با هیدروکسیل آمین اصلاح میشوند و لیگاندهای آمیدوکسیم ایجاد میکنند. این بسپار با
(Cu (II در محلول دارای PH=6 و همچنین با
(U (VI موجود در آب دریا کمپلکس میکند.
لیگاندهای آمینی ناجور حلقهای
این رزین ، دو یون (Au (III و (Pb (II را از محلول HCl یکدهم مولاری که حاوی این دو یون (Cu (II) ، Ni (II و (Fe (III باشد، جدا میکند.
لیگاندهای دیتیزونی
پلی (4 ـ وینیل تولوئن) با لیگاندهای دیتیزونی اصلاح شده ، معلوم شده است که رزین حاصل نسبت به (Hg (II تمایل نشان میدهد. این بسپار (Hg (II را بطور انتخابی از محلول حاوی (Hg (II) ، Cd (II و (Zn (II خارج میکند.
لیگاندهای اسید کربوکسیلیک و اسید هیدروکسامیک
از واکنش پلی (4ـ وینیل ـ 2ـ کربوکسی بنزو فنون) با هیدروکسیل آمین یک نوع رزین پلی (اسید هیدروکسامیک) تهیه شده است. با آنکه این رزین نسبت به (Cu (II ظرفیت پذیرش بالایی نشان میدهد، یون (Fe (III را در حضور (Cu (II و (Ni (II در PH کمتر از 4 ، بر میگزیند و بیرون میکشد.
لیگاندهای اتر تاجی
اترهای تاجی که بر بستههای بسپاری مستقر شدهاند، میتوانند در جداسازی یونهای فلزی بکار آیند. رزین تاجی اسید فسفونیک در PH بیشتر از 8 ، نسبت به (Li (I گزینشی عمل میکند.
لیگاندهای پایه فنولی
کاتکول ،
فنل و رزورسینول در واکنش بسپارش تراکمی با
فرمالدئید وارد میشوند. رزین کاتکول در محلول قلیایی حاوی یونهای (Li (I و (Cs (I و (K (I و (Na (I و (Rb (I یون (Li (I را بر میگزیند.
لیگاندهای با پایه فسفر
لیگاندهای فسفردار چه در سنتز مواد و چه در جداسازی مواد بطور فزایندهای مورد توجه واقع شدهاند. با استفاده از کلرید فسفونیوم نوع چهارم سوار بر پلی (کلرید وینیل بنزیل) ، گزینشپذیری نسبت به یونهای فلزات نادر حاصل آمده است.
گستره پژوهشهای نو
با ادامه پژوهش در زمینه عوامل بسیار کمپلکس کننده یونهای فلزی ، روشن میشود که برای دستیابی به توسعه بسپارهای جدید برای مصرف در کاربردهای زیست محیطی و صنعتی ، تمرکز کار بر گزینش است. درک مفاهیم
شیمی کوئوردیناسیون و استخراج حلالی ، بنیادهای کار بیشتر در این زمینه را تشکیل میدهد.
مباحث مرتبط با عنوان
