1.4 .Phát triển các phương pháp trích ly tăng cường
1.4.1.3. Tóm tắt các nghiên cứu thu hồi Indium bằng thiết bị tiếp xúc loạ
Nghiên cứu đầu tiên về thu hồi Indium từ dịch hòa tách xỉ đồng (Cu/In = 70) sử dụng phương pháp SLM đã được Guerriero và Meregalli công bố từ năm 1988 [24]. Hai loại nước thải: nước thải mô phỏng (chỉ gồm In3+ và Cu2+ trong đó nồng độ đồng 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 khả năng 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 khả năng tương tác với vật liệu màng (PP) làm giảm tuổi thọ màng. Đồng thời tác giả cũng 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 thể được tách chọn lọc bằng SLM từ dung dịch chứa cả Gallium ở điều kiện pH thích hợp [68]. Nghiên cứu cho thấy, khi tăng pH, tốc độ trích ly Indium và Gallium đều tăng nhưng tốc độ trích ly Gallium tăng nhanh hơn. Từ đó 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 ở điều 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 thể tăng 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 khả năng màng bị ăn mòn, Li đã sử dụng sơ đồ PIM 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 nhỏ hơn 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.
32
Nghiên cứu khả năng thu hồi Indium từ màn hình LCD thải bằng SLMSD đã được Yen và cộng sự công bố năm 2017[11]. Trong nghiên cứu này, D2EHPA cũng được sử dụng làm dung môi trích ly. Ảnh hưởng của các yếu tố đến 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 thể được 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 (từ 80 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 thể đạt được nồng độ cao nhờ điều chỉnh tỉ lệ thể tích giữa nước thải đi vào và dung dịch hoàn nguyên, hơn nữa có độ ổn 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 khả năng 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 nhỏ hơn 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 nhỏ hơn 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 giả cũng đã lý giải nguyên nhân dẫn đến 𝑘𝐴𝑆𝐿𝑀𝑆𝐷 < 𝑘𝐴𝑆𝑋 là do diện tích tiếp xúc tạo ra bởi màng nhỏ hơn nhiều so với diện tích tiếp xúc tạo ra nhờ khuấy trộn.