, -SH Ngoài ra còn có loại ionit đặc biệt.
8. Ứng dụng của phƣơng pháp trao đổi ion
Xác định định lƣợng các ion khó xác định : sự trao đổi ion một cách định lượng trở thành một phương pháp phân tích quan trọng cho phép xác định định lượng các ion khó xác định. Ví dụ trao đổi ion Na+
: R-H+ + Na+ Na+-R + H+
Dung dịch cần phân tích được đưa vào đầu cột trao đổi ion, sau đó rửa bằng nước cất nhiều lần cho đến khi dung dịch hứng được có phản ứng trung tính, dung dịch hứng được đem chuẩn độ với dung dịch kiềm và xác định được H+, từ đó xác định được Na+. Việc xác định này cũng tiến hành với nhựa trao đổi anion có tính bazo mạnh và có thể tốt hơn, nếu ion Na+
trong một hỗn hợp các muối và axit được đưa ra xác định.
2R-OH + NaCl + HCl 2RCl + Na+ +H2O +OH-
Loại trừ các ion cản trở : nhờ sự trao đổi ion có thể loại trừ được các ion cản trờ,ví dụ một lượng Ca2+ hay Mg2+ ở trong nước cất cản trở việc chuẩn độ bằng complexon, đặc biết nếu dùng Eriocrom T đen làm chất chỉ thị. Các ion này cso thể bị loại trừ một cách dễ dàng bằng nhựa trao đổi cation dưới dạng Na+.
Phương pháp này có thể bị loại trừ bằng các ion ở trong nước bằng cách nối tiếp cột trao đổi ion hỗn hợp ― mixed – bed‖ nghĩa la một lượng chất trao đổi cation và một lượng chất trao đổi anion với khối lượng tỷ lệ nghịch với dung lượng
33
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học
HV: Nguyễn Thị Nga GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê
trao đổi. Tái sinh cột này phải tiến hành riêng rẽ đối với hai loại nhựa bằng cách tách ra dựa vào sự khác nhau về khối lượng hay độ lớn.
Làm giàu một loại ion nào đó: một loại ion tồn tại dưới dạng vi lượng cần làm giàu thêm bằng cách cho một thể tích rất lớn dung dịch đi qua cột trao đổi ion được hấp thụ có thể rửa giải bằng một lượng nhỏ dung môi nhận được môt dung dịch đạm đặc hơn. Bằng cách này từ một dung dịch rất loãng không cần sử dụng nhiệt năng cũng có thể làm đậm đặc dung dịch.
Trong thiên nhiên tồn tại một số các chất trao đổi ion đặc trưng cho một loại ion.Nếu điều chế được loại nhựa trao đổi ion như thế với đương lượng trao đổi ion lớn thì có khả năng tách ra các kim loại hiếm trong nước biển. Những công trình sản xuất nhựa trao đổi ion có tính chọn lọc nhưa vậy đã thành công đầu tiên ở Nhật Bản.
Các ứng dụng tổng hợp chất: với sự hỗ trợ của nhựa trao đổi ion có thể sản xuất được các axit và bazo dễ phân hủy bằng con đường an toàn từ các muối, ví dụ:
NaH2PO2 +R—H+ H3PO2 + R- —Na+
Tương tự như thế có thể cho trao đổi cation của một muối bằng các cation khác khi không có phản ứng kết tủa định lượng với cation, ví dụ có thể chuyển kali peroxodisunfat thành natri peroxodisunfat.
PHẦN III: PHƢƠNG PHÁP TRAO ĐỔI ION ĐỂ TÁCH NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM . HIẾM .
Quá trình trao đổi ion như sau:
Cho dung dịch chứa hỗn hợp muối đất hiếm (clorua, nitrat) qua cột trao đổi ion chứa các cationit. Xảy ra hiện tượng hấp phụ ion đất hiếm và phần nào bị phân chia do tính chất bị hấp thụ khác nhau theo thứ tự giảm khả năng hấp phụ từ La đến Lu. Tuy nhiên sự phân chia này không đáng kể sự khác biệt không lớn.
Việc phân chia có hiệu quả chỉ sảy ra trong quá trình giải phụ.
Trong quá trình giải hấp phụ người ta dùng chất giải phụ làm chất tạo phức. Nó tạo với các ion đất hiếm các phức chất có độ bền vững khác nhau. Độ bền vững
34
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học
HV: Nguyễn Thị Nga GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê
của các phức này tăng lên từ La đến Lu. Nói một cách khác đất hiếm nhóm nặng dễ bị giải phụ khỏi nhựa trao đổi ion.
Thực hiện quá trình giải phụ này bằng cách cho dung dịch giải phụ chảy vào cột trao đổi on như một dung dịch rửa .
Người ta cho dung dịch hỗn hợp muối đất hiếm vào cột trao đổi ion với việc tính toán sao cho các ion đất hiếm bị hấp phụ bởi các cationit ở phần trên của ống. Sau đó người ta cho dung dịch giải phụ tạo phức vào cột trao đổi ion.
Đất hiếm bị phân chia thành từng vùng riêng biệt dọc theo ống và chuyển động xuống dưới với tốc độ khác nhau.Ion đất hiếm tạo thành phức bền vững sẽ chuyển dịch nhanh và được lấy ra (rửa) trước.
Cột trao đổi ion bằng thủy tinh, chất dẻo hoặc thép. Trong trường hợp để tăng cường sự phân chia phải tiến hành ở nhiệt độ cao thì cột có trang bị đặc biệt. Kích thước cột ( đường kính, chiều cao và tỷ lệ của chúng phụ thuộc vào điều kiện cụ thể)
Nhựa trao đổi ion dùng để phân chia đất hiếm thường là nhựa có gốc hoạt tính SO3H.
Chất tạo phức của quá trình giải phụ thường là axit citric, axit amin. Ví dụ: Dùng axit citric làm chất tạo phức. Nhựa trao đổi dùng dạng NH4
3RNH4 +Ln3+ ↔ R3Ln + 3NH4 Quá trình giải phụ:
R3Ln + Cit3 ↔ 3R- + [LnCit2]3-
Bằng phương pháp trao đổi ion có thể thu được đất hiếm có độ sạch 99-99% Axit citric giá thành cao và dễ bị hỏng nên hiện nay người ta thường sử dụng EDTA.
Dùng EDTA cho hiệu quả phân chia lớn ngay cả những cặp khó phân chia như Pr- Nd có thể thu được độ sạch 99,9%.
- Ưu điểm: Phân tách đất hiếm ở dạng tinh khiết cao. - Nhược điểm:
35
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học
HV: Nguyễn Thị Nga GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê
+ Cần sử dụng một lượng lớn tác nhân tạo phức cho quá trình và phải được phục hồi sau khi sử dụng.
+ Độ hòa tan thấp dẫn đến việc dung dịch phức của các nguyên tố đất hiếm rất loãng (2-10 gREO/L).
PHẦN IV: KẾT LUẬN
Trao đổi ion lần đầu tiên được sử dụng để tách các nguyên tố đất hiếm quy mô công nghiệp cuối năm 1950. Tuy nhiên nó đã được thay thế bởi quá trình chiết lỏng – lỏng trong những năm 1960, và chỉ được sử dụng nếu không có chất lỏng thích hợp.
Từ năm 1970, một lượng nhỏ các nguyên tố đất hiếm tiếp tục được phân tách bằng trao đổi ion khi yêu cầu độ tính khiết cao > 99,9999% ( đối với một số ứng dụng điện tử) hoặc để sản xuất các hợp chất đất hiếm với một thị trường rất nhỏ và chỉ thỉnh thoảng cần thiết.
Phương pháp trao đổi ion để tách các nguyên tố đất hiếm vẫn còn giá trị thực tiễn cao với nhu cầu phân tích trong phòng thí nghiệm.
36
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa học
HV: Nguyễn Thị Nga GVHD: PGS.TS Đặng Thị Thanh Lê
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bùi Tất Hợp- Cục Kinh tế Địa chất và Khoáng sản - Trịnh Đình Huấn- Liên đoàn Địa chất xạ - hiếm - Tổng quan về đất hiếm ở Việt Nam 2. PGs. Đặng Thị Thanh Lê - Nguyên tố đất hiếm, năm 2014
3. Đào Đức Hào – Tách và xác định các nguyên tố đất hiếm trong lớp phủ bằng phương pháp sắc ký điện di mao quản (CEC).
4. Bùi Tất Hợp và cộng sự, Báo cáo thống kê, kiểm kê tài nguyên khoáng sản rắn (trừ vật liệu xây dựng thông thường); đánh giá hiện trạng khai thác, sử dụng và đề xuất biện pháp quản lý, Lưu trữ Liên đoàn Địa chất xạ hiếm, 2007, Hà Nội.
5. Nguyễn Trọng Uyển, Trần Hồng Côn, Sự phát triển của ngành khoa học Đất hiếm Việt Nam, Tạp chí hoá học, 1997
6. Nguyễn Điểu, Hóa học các nguyên tố hiếm, Trường Đại học Sư phạm Vinh, 1996. 103
7. Đặng Vũ Minh, Tình hình nghiên cứu công nghệ và ứng dụng đất hiếm, Trung tâm Thông tin Khoa học, Viện Khoa học và ông nghệ Việt Nam, 1992, Hà Nội.