5. Cấu trúc luận văn
3.1.1.3. Ảnh hưởng nồng độ TBP
Trong phương pháp chiết lỏng-lỏng, nồng độ tác nhân chiết đĩng một vai trị quan trọng đối với hệ số phân bố D và hiệu suất chiết của các ion kim loại đã được chỉ ra ở một số nghiên cứu [8],[14],[18],[34],[46],[54]. Do đĩ trong nghiên cứu này, sự ảnh hưởng của nồng độ TBP đến hiệu suất chiết Th(IV), U(VI) trong mơi trường HNO3 cũng được đánh giá. Dựa vào một số cơng bố của các nhĩm nghiên cứu [8],[50],[68],[70], việc đánh giá tác động của nồng độ TBP được thực hiện trong khoảng nồng độ 0,1 - 3,2 M. Các điều kiện khác được cố định như sau: nồng độ ban đầu Th(IV), U(VI) 20 (mg/L) trong axit HNO3 1 M; tỉ lệ pha hữu cơ:nước (v/v) 1:1; thời gian chiết 30 phút; thời gian cân bằng pha 5 phút và tất cả các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phịng. Sự ảnh hưởng của nồng độ TBP đến hiệu suất chiết Th(IV), U(VI), H+ được thể hiện ở Bảng 3.3, và Hình 3.3.
Bảng 3.3. Kết quả khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ tác nhân chiết TBP đến hiệu suất chiết Th(IV), U(VI)
C TBP
(M)
Hiệu suất chiết(%)
Th(IV) U(VI) H+/Th(IV) H+/U(VI) H+
0,1 3,82 ± 1,70 6,76 ± 4,59 2,34 ± 2,77 2,37 ±2,86 1,12 ± 3,11 0,2 25,72 ± 2,41 44,77 ± 4,64 5,67 ± 1,81 3,85 ±1,36 2,32 ± 1,04 0,3 42,54 ± 1,77 52,73 ± 2,27 7,18 ± 2,71 4,89 ±1,54 5,02 ± 1,06 0,4 54,70 ± 1,51 62,11 ± 2,49 8,99 ± 2,68 5,19 ±1,38 5,92 ± 1,08 0,5 62,34 ± 1,38 71,08 ± 2,93 9,31 ± 2,21 7,10 ±1,53 6,50 ± 1,87 0,6 68,96 ± 1,35 78,70 ± 2,65 9,78 ± 0,91 10,52 ± 1,03 7,72 ± 1,37 0,8 76,63 ± 1,74 82,80 ± 1,22 12,02 ± 1,81 12,89 ± 0,89 9,96 ± 2,89 1,0 78,73 ± 2,34 89,49 ± 2,05 13,68 ± 1,39 14,52 ± 1,85 13,56 ± 1,87 1,2 81,73 ± 1,47 87,02 ± 1,11 16,40 ± 1,59 17,63 ± 1,35 16,25 ± 2,26 1,4 84,22 ± 2,74 86,21 ± 1,40 18,82 ± 0,93 19,56 ± 1,54 19,19 ± 2,07
1,6 86,61 ± 1,38 83,99 ± 1,60 19,73 ± 1,57 22,22 ± 1,58 22,40 ± 1,87 1,8 88,87 ± 2,14 81,16 ± 1,22 24,41 ± 1,38 25,33 ± 1,78 24,49 ± 2,38 2,0 88,00 ± 1,89 78,68 ± 1,49 25,32 ± 1,40 27,26 ± 3,12 26,74 ± 0,90 2,2 87,06 ± 1,89 75,10 ± 1,40 26,68 ± 1,05 29,78 ± 3,56 28,39 ± 0,52 2,5 86,44 ± 1,67 70,96 ± 2,10 31,82 ± 1,42 33,19 ± 2,24 30,49 ± 1,39 2,8 85,51 ± 1,83 67,32 ± 1,55 33,79 ± 1,81 34,81 ± 2,72 34,98 ± 1,87 3,2 83,02 ± 2,02 63,20 ± 1,05 39,08 ± 1,41 37,69 ± 2,94 40,37 ± 1,32 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0 20 40 60 80 100 E (%) C TBP (M) Th(IV) U(VI) H+ H+/Th(IV) H+/U(VI)
Hình 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ TBP đến hiệu suất chiết Th(IV), U(VI).
Từ Hình 3.3, dễ dàng nhận thấy rằng hiệu suất chiết Th(IV) tăng từ 3,82 đến 88,87 % khi nồng độ tác nhân chiết TBP tăng từ 0,1 đến 1,8 M. Đối với U(VI), xu hướng này cũng diễn ra tương tự, hiệu suất chiết tăng từ 6,76 tới 89,49 % tương ứng với nồng độ TBP tăng từ 0,1 đến 1,0 M.
Trong quá trình chiết ion Th(IV), U(VI), tại bề mặt phân cách giữa pha hữu cơ và pha nước luơn luơn tồn tại cân bằng tạo phức giữa ion kim loại và tác nhân chiết, cân bằng này được thể hiện ở phương trình (3.1), (3.2) [28],[75]. Khi tăng nồng độ tác nhân chiết thì khả năng kết hợp giữa ion Th(IV), U(VI)
với TBP hình thành nên phức Th(NO3)4.nTBP, UO2(NO3)2.mTBP sẽ cĩ xu hướng diễn ra mạnh hơn. Các phức này dễ dàng phân bố vào pha hữu cơ, vì vậy hiệu suất chiết Th(IV), U(VI) tăng.
Th4+
(aq) + 4NO3-(aq) + nTBP(o) Th(NO3)4.nTBP(o) (3.1) UO22+(aq) + 2NO3-(aq) + mTBP(o) UO2(NO3)2.mTBP(o) (3.2)
H+
(aq) + NO3-(aq) + TBP(o) HNO3.TBP(o) (3.3)
Tuy nhiên, khi nghiên cứu sự ảnh hưởng nồng độ TBP ở khoảng lớn hơn 1,8 M và 1,0 M tương ứng với Th(IV), U(VI) thì hiệu suất chiết hai ion kim loại này cĩ xu hướng giảm dần. Một số cơng trình nghiên cứu trước đây đã cho thấy nồng độ tác nhân chiết TBP tỉ lệ thuận với độ nhớt của pha hữu cơ () [14],[56]. Do đĩ khả năng khuếch tán phức Th(NO3)4.nTBP, UO2(NO3)2.mTBP vào pha hữu cơ giảm khi thực hiện khảo sát ở các khoảng nồng độ TBP lớn. Đồng nghĩa với việc hiệu suất chiết hai ion kim loại Th(VI), U(VI) giảm.
Bên cạnh đĩ, số lượng phối tử tự do giảm do hiện tượng dime hĩa của tác nhân chiết TBP [75] cũng làm giảm hiệu suất chiết hai ion kim loại này.
TBP + TBP (TBP)2 Kdim = 2,6 (3.4)
Điều đáng chú ý ở đây là bên cạnh hai ion Th(IV), U(VI) thì ion H+ cũng được chiết vào pha hữu cơ theo cân bằng (3.3). Nhận thấy trong khoảng nồng độ TBP khảo sát, hiệu suất chiết H+ tăng khi nồng độ TBP tăng trong khoảng từ 0,1 đến 3,2 M. Nguyên nhân lượng H+ đi vào pha hữu cơ càng nhiều là do xu hướng tạo phức HNO3.TBP tỉ lệ thuận với nồng độ TBP. Tuy nhiên khác với Th(IV), U(VI), hiệu suất chiết H+ tăng đều trong khoảng nồng độ TBP khảo sát. Điều này là do phức HNO3.TBP cĩ kích thước nhỏ hơn Th(NO3)4.nTBP, UO2(NO3)2.mTBP vì vậy chúng dễ dàng đi vào pha hữu cơ mà ít chịu sự ảnh hưởng độ nhớt [14].
Dựa vào kết quả khảo sát, nồng độ TBP lần lượt 1,8 M và 1,0 M được lựa chọn cho quá trình chiết Th(IV) và U(VI) nhằm thực hiện các khảo sát tiếp theo.