dụng phương pháp SLM đã được Guerriero và Meregalli công bố từnăm 1988 [24]. Hai loại nước thải: nước thải mô phỏng (chỉ gồm In3+ và Cu2+trong đó nồng độđồng rất lớn so với nồng độ indium) và nước thải công nghiệp (chứa 1 g/L In3+, 70 g/L Cu2+, 3 g/L As3+, 10 g/L Zn2+, 2g/L Fe3+; 0,4 g/L Sb2+; 0,002 g/L Bi3+) đã được khảo sát. Mô đun màng phẳng và mô đun màng sợi rỗng đã được sử dụng để nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu cho thấy SLM có khả năng tách chọn lọc In3+ với hệ số phân riêng rất lớn (In/Cu lên đến 104– 106, nồng độ các ion kim loại khác bị cộng chiết rất ít với nồng độ nhỏ hơn 0,1 mg/L), hiệu suất thu hồi như nhau đối với nước thải mô phỏng và nước thải công nghiệp. Nghiên cứu cũng cho thấy hiệu suất trích ly không những phụ thuộc vào nồng độ H+ mà còn phụ thuộc vào nồng độ Cl- do khảnăng tạo phức của In3+ với Cl- phía dung dịch hoàn nguyên. Ví dụ: sử dụng dung dịch NaCl 4,5M và HCl 0,5M cho dòng qua màng cao hơn HCl 3M. Khi nồng độ D2EHPA lớn (trên 40%) sẽ có khảnăng tương tác với vật liệu màng (PP) làm giảm tuổi thọ màng. Đồng thời tác giảcũng đề xuất phương án tăng độ bền màng lỏng bằng cách: (i) giảm chênh lệch áp suất thẩm thấu qua màng; (ii) giảm độ tan của nước trong pha hữu cơ.
Khi sử dụng Diisostearyl phosphoric axit (DISPA) làm dung môi trích ly, Indium cũng có thểđược tách chọn lọc bằng SLM từ dung dịch chứa cả Gallium ởđiều kiện pH thích hợp [68]. Nghiên cứu cho thấy, khi tăng pH, tốc độ trích ly Indium và Gallium đều tăng nhưng tốc độtrích ly Gallium tăng nhanh hơn. Từđó xác định được pH thích hợp là 1,5.
Sau đó, để khắc phục nhược điểm khó duy trì cân bằng áp suất giữa hai phía màng của SLM, ELM đã được sử dụng thay cho SLM [69]. Nồng độ In3+ ban đầu là 100 mg/L. Kết quả cho thấy độ bền màng lỏng phụ thuộc nồng độ chất nhũ hóa (Span 80), nhiệt độ phản ứng và tốc độ khuấy. Thời gian trích ly Indium là 20 phút ởđiều kiện tối ưu. Quá trình chuyển khối của Indium được điều khiển bởi phản ứng bề mặt giữa In3+và DISPA và giai đoạn khuếch tán Indium qua lớp biên phía dung dịch đầu.
Bằng cách chế tạo màng từ các thành phần trong đó chứa dung môi trích ly, độ bền của màng lỏng có thểtăng lên –đây là nguyên lý của màng PIM (Polymer Inclusion Membrane). Li và cộng sự (2017) đã chế tạo màng PIM để thu hồi Indium bằng phương pháp chuyển pha [70]. Thành phần dung dịch để chế tạo màng gồm: PLM nền (36,5% khối lượng cellulose triacetate (CTA)); chất hóa rắn (27% khối lượng tris(2-butoxyethyl) phosphate, dung môi trích ly (36,5% khối lượng D2EHPA) hòa tan trong dichloromethane để tạo dung dịch đồng nhất. Để giảm sự tiếp xúc giữa màng và axit mạnh nhằm tránh khảnăng màng bịăn mòn, Li đã sử dụng sơ đồPIM trong đó dung dịch HCl 5M được phân tán trong dung môi trích ly. Nhờ vậy, hệ số thấm qua màng đạt được ổn định là 2,5x10-4 m/phút. Tuy nhiên, do hệ số khuếch tán của chất rắn nhỏhơn nhiều so với lỏng, dòng qua màng đạt được vẫn còn quá thấp để có thể ứng dụng vào thực tế. Vì vậy, PIM hiện vẫn đang tiếp tục được nghiên cứu.
Nghiên cứu khảnăng thu hồi Indium từ màn hình LCD thải bằng SLMSD đã được Yen và cộng sự công bốnăm 2017[11]. Trong nghiên cứu này, D2EHPA cũng được sử dụng làm dung môi trích ly. Ảnh hưởng của các yếu tốđến hiệu quả trích ly Indium như pH, nồng độ D2EHPA (Isopar-L được dùng làm dung môi pha loãng) và loại dung dịch hoàn nguyên (HCl, H2SO4, HNO3) đã được khảo sát. Kết quả cho thấy Indium có thểđược trích ly hiệu quả nhất ở 0,25M D2EHPA; pH dung dịch đầu bằng 2. Dung dịch hoàn nguyên tốt nhất là HCl: 80% Indium được hoàn nguyên với HCl 2M. Các ion kim loại khác trong dung dịch hòa tách như Ca2+ , Al3+ không bị trích ly cùng In3+, nhưng Fe3+ bị cộng chiết một phần. Khi tăng nồng độ HCl, hiệu quả hoàn nguyên Indium cũng tăng lên (từ80 đến 92%) nhưng đồng thời cũng làm tăng lượng tạp bị hoàn nguyên cùng.
Như vậy có thể thấy công nghệ SLMSD cho phép loại bỏ hoàn toàn các ion kim loại trong nước thải và dung dịch thu hồi có thểđạt được nồng độ cao nhờđiều chỉnh tỉ lệ thể tích giữa nước thải đi vào và dung dịch hoàn nguyên, hơn nữa có độổn định của màng lỏng cao [53] nên rất được quan tâm nghiên cứu nhằm ứng dụng trong công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp điện tử. Đã có những nghiên cứu bước đầu đánh giá khảnăng thu hồi Indium bằng SLMSD. Mặc dù vậy, SLMSD vẫn còn những điểm hạn chế sau:
- Diện tích tiếp xúc do màng tạo ra có thể nhỏhơn diện tích tiếp xúc tạo ra nhờ khuấy trộn
- Hệ số chuyển khối của ion kim loại từ pha nước thải sang pha hữu cơ trong SLMSD có thể giảm so với trong trích ly truyền thống do có thêm trở lực của bước khuếch tán qua màng.
Do đó, tuy phương pháp này không yêu cầu quá trình lắng nhưng tích k.A có thể sẽ nhỏhơn nhiều so với trích ly thông thường dẫn đến sự giảm đáng kể của vận tốc trích ly. B. Raghuraman [71]đã nhận thấy điều này khi nghiên cứu thu hồi Cu bằng công nghệ SLM. Tác giảcũngđã lý giải nguyên nhân dẫn đến 𝑘𝐴𝑆𝐿𝑀𝑆𝐷 < 𝑘𝐴𝑆𝑋 là do diện tích tiếp xúc tạo ra bởi màng nhỏhơn nhiều so với diện tích tiếp xúc tạo ra nhờ khuấy trộn.
1.4.3.Trích ly – Hoàn nguyên với màng làm thiết bị phân pha ESMS
Đối với công nghệ SLM hay SLMSD, màng kỵnước được sử dụng để tạo ra bề mặt tiếp xúc giữa pha nước và pha hữu cơ. Điều đó có nghĩa là để cung cấp diện tích bề mặt trích ly lớn cần diện tích màng lớn, do vậy chi phí đầu tư tăng lên, khiến cho những ứng dụng thực tế của công nghệ này bị hạn chế. Do đó, phương án trích ly – hoàn nguyên trong đó sử dụng màng làm thiết bị phân riêng dầu –nước đã được phát triển trong luận án này. Trong đó, trích ly và hoàn nguyên được vận hành riêng trong các thùng chứa dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên bằng cách phân tán các pha nước (dung dịch đầu và dung dịch hoàn nguyên) vào pha hữu cơ (dung môi trích ly). Để tiến hành hoàn nguyên đồng thời, màng kỵnước được sử dụng nhằm chỉ cho phép dung dịch hữu cơ (phức tạo thành hoặc dung môi trích ly đã tái sinh) qua màng trong khi ngăn không cho pha nước (dung dịch đầu, dung dịch hoàn nguyên) đi qua. Trong sơ đồ này, do màng đóng vai trò thiết bị phân riêng dầu –nước nên nên không yêu cầu diện tích màng lớn cho quá trình trích ly và hoàn nguyên. Hơn nữa, phân riêng
hệ dầu –nước bằng màng được coi là phương pháp hiệu quả nhất đặc biệt đối với trường hợp nước thải thực tếthường có chứa cả các chất hoạt động bề mặt [71].
Công nghệ ESMS gồm các bước sau:
- Trộn lẫn hai pha để thực hiện phản ứng trích ly.
- Phức tạo thành được tách ra khỏi hệnhũ tương dầu –nước nhờ màng kỵnước rồi đưa sang tiếp tục trộn lẫn với dung dịch hoàn nguyên để hoàn nguyên. - Pha hữu cơ sau khi hoàn nguyên được tách ra khỏi hệ nhũ tương dầu – nước
nhờ màng kỵnước rồi đưa trở lại thùng chứa dung dịch đầu để tiếp tục thực hiện quá trình trích ly.
Phương pháp này có các ưu điểm, nhược điểm như sau:
Ưu điểm:
- Phân riêng bằng màng cho phép thu được pha dầu không bị lẫn nước. - Diện tích tiếp xúc pha lớn được tạo ra nhờ khuấy trộn.
- Dòng qua màng là dòng đối lưu nên tốc độ hoàn nguyên lớn hơn so với SLMSD (dòng khuếch tán).
- Hệ thiết bị gọn gàng so với công nghệ trích ly truyền thống.
- Không yêu cầu diện tích màng lớn như đối với công nghệ SLMSD.
Nhược điểm: Chi phí đầu tư có thể cao hơn so với công nghệ trích ly truyền thống do chi phí màng vẫn còn cao.
Cảhai phương án đề xuất ởtrên đều dựa trên quá trình trích ly, do đó, để tiến hành nghiên cứu, đánh giá hiệu quả thu hồi kim loại ở các phương án này, cần có những thông số cơ bản như loại dung môi trích ly, dung môi pha loãng và dung dịch hoàn nguyên dựa trên những kết quả nghiên cứu trích ly đã có. Ngoài ra, các thông sốảnh hưởng đến sự vận chuyển qua màng cũng cần được quan tâm. Vì thế trong mục tiếp theo, ảnh hưởng của các thông sốcơ bản đối với quá trình trích ly thông thường sẽ được đưa ra, từđó lựa chọn các điều kiện thích hợp để thực hiện các nghiên cứu khảo sát trong các chương tiếp theo.
1.5. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly tăng cường để
thu hồi Indium
Vì quá trình trích ly tăng cường là sự kết hợp giữa quá trình trích ly và quá trình khuếch tán qua màng kỵnước, nên các thông sốảnh hưởng lên quá trình này bao gồm các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly và các thông số ảnh hưởng đến vận chuyển qua màng.
1.5.1. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình trích ly Indium
Các thông sốảnh hưởng đến quá trình trích ly Indium đã được nghiên cứu rộng rãi và được tổng hợp lại dưới đây.