CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.4. Các phƣơng pháp tách và thu hồi đất hiếm
1.4.3. Sử dụng nhựa trao đổi ion dạng tạo phức
Nhựa trao đổi ion dạng tạo phức là một loại nhựa trao đổi ion được cấu tạo từ các polime có chứa các nhóm chức có khả năng tách các ion kim loại nhờ quá trình tạo phức vịng càng giữa các nhóm chức và ion kim loại. Đặc biệt loại nhựa trao đổi ion dạng tạo phức có ái lực và độ chọn lọc cao đối với các nguyên tố đất hiếm. Tính chất của nhựa phụ thuộc chủ yếu vào bản chất của nhóm chức, ít phụ thuộc vào kích thước hạt và đặc trưng lý hóa của hạt nhựa. Độ chọn lọc hấp phụ liên quan chủ yếu đến vị trí nhóm chức, cấu trúc khơng gian của nhóm chức trong khi ít phụ thuộc vào đặc tính của phần gốc của chất trao đổi. Khả năng trao đổi của nhựa phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm chức và pH của dung dịch [23].
Nhóm chức đặc trưng của nhựa trao đổi ion dạng tạo phức là các nhóm có chứa các nguyên tố có khả năng cho e như N, O, S và P: nhóm phophicic (- PO(OH)), photphonic (-PO(OH)2), photphat (-OPO(OH)2), iminodiaxetat (- CH2N(CH2COOH)2), iminodiaxetat và aminoaxetat (>N-CH2COOH), aminophotphonic (-CH2NHCH2PO(OH)2), cacboxylic (-COOH), hydroxamic axit (- CO-NHOH)…dưới đây là các mơ hình tạo phức của một số nhóm chức với ion kim loại.
Nhóm sunfonic axit: Nhóm phosphinic: Nhóm photphat:
Nhóm Imino diaxetat: Nhóm Cacboxilic:
Hình 1.2: Mơ hình tạo phức của một số nhóm chức với kim loại
Nhựa trao đổi ion dạng tạo phức loại cation và loại anion có ái lực và tính chọn lọc khác nhau đối với các nguyên tố kim loại đất hiếm. Các tính chất của chúng phụ thuộc chủ yếu vào bản chất nhóm chức, ít phụ thuộc vào kích thước hạt và đặc trưng lý hóa của chúng. Độ chọn lọc hấp phụ ảnh hưởng đáng kể của vị trí nhóm chức, cấu trúc khơng gian, trong khi ít bị ảnh hưởng bởi tính chất của chất nền (khung polyme). Hiệu suất trao đổi ion của nhựa phụ thuộc vào số lượng nhóm chức và pH của dung dịch. Nhựa trao đổi ion dạng tạo phức khác nhựa trao đổi ion thơng thường bởi 3 đặc tính sau [24]:
- Tính chọn lọc: Ái lực của nhựa với mỗi ion kim loại cụ thể phụ thuộc chủ
yếu vào các phối tử tạo phức trên nhựa và vào kích thước của các ion.
- Độ bền liên kết: Trong nhựa trao đổi ion thông thường, lực Van der Waal
trong khoảng từ 2-3 kcal/mol trong khi trong nhựa trao đổi dạng tạo phức thì năng lượng liên kết này vào khoảng 15-25 kcal/mol, cao hơn rất nhiều so với nhựa trao đổi ion thông thường.
- Động học: Với nhựa trao đổi ion thơng thường, q trình trao đổi diễn ra
nhanh chóng và được kiểm sốt bằng q trình khuếch tán. Quá trình trao đổi với nhựa tạo phức là chậm hơn và tốc độ của nó được kiểm sốt bởi một cơ chế khuếch
tán hạt hoặc bằng một phản ứng hóa học thứ cấp. Những khác biệt này mở ra hướng tổng hợp và ứng dụng cho một số chất hấp phụ chọn lọc sử dụng để tách riêng rẽ các ion kim loại.
Việc xác định cơ chế của liên kết giữa kim loại với nhựa tạo phức là một vấn đề rất phức tạp. Các phối tử có liên quan đến sự hình thành phức chất được cố định vào khung của chất. Điều này là cần thiết để đưa vào các yếu tố như sự sắp xếp không gian của các phối tử trên khung của chất, độ linh động, tính chất trương và độ xốp của chất nền, và các hiệu ứng cảm ứng mạng lưới có thể có trên các phối tử tạo phức.