عنوان پایان‌نامه
بررسی آزمایشگاهی، مدلسازی و بهینه سازی استخراج عناصر نادر خاکی توسط غشای مایع در حضور نانو ذرات
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1580.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68197
- تاریخ دفاع
- ۰۵ اردیبهشت ۱۳۹۴
- دانشجو
- پریسا ظاهری
- استاد راهنما
- حسین ابوالقاسمی
- چکیده
- عناصر نادر خاکی با خلوص بالا نقش مهمی در فناوری‌های امروزی ایفا می‌کنند و کاربردهای ویژه‌ای در صنایع نوین دارند. در این رساله استخراج و جداسازی عناصر نادر دیسپروسیم و یوروپیم با استفاده از سیستم غشای مایع تثبیت‌شده (SLM) مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. آزمایش‌ها با استفاده از استخراج‌کننده‌های دی¬دو¬اتیل¬هگزیل¬فسفریک اسید (D2EHPA) و بیس¬(2و4و4-تری متیل پنتیل) فسفینیک اسید (Cyanex272) و مخلوط آن‌ها انجام شد. پارامترهای موثر بر فرآیند مانند غلظت ماده استخراج‌کننده، pH فاز خوراک، غلظت فاز بازیاب¬کننده برای دستیابی به حداکثر تراوایی غشا بهینه¬سازی شد. نتایج نشان داد که مخلوط دو استخراج‌کننده دارای قدرت استخراج بیشتری نسبت به هریک از استخراج‌کننده¬های D2EHPA و Cyanex272 می¬باشد، بطوریکه میزان تراوایی غشا در حضور هر دو استخراج¬کننده حدود 40 تا 60 درصد افزایش یافت. انتقال موثر عناصر دیسپروسیم و یوروپیم در pH فاز خوراک برابر با 5، غلظت فاز بازیاب¬کننده M1 و غلظت M 6/0 مخلوط دو استخراج¬کننده بدست آمد. بیشترین میزان فاکتور جداسازی دو فلز نیز در سیستم مخلوط استخراج‌کننده‌ها و برابر با مقدار 72/4 به دست آمد. بررسی تاثیر حضور نانولوله‌های کربنی در سیستم SLM نشان داد که گروه¬های عاملی بعنوان سایت¬های جذب بر روی سطح نانولوله¬های کربنی عمل کرده و تراوایی غشا را افزایش می¬دهند. از طرفی حضور نانولوله‌های کربنی بر فاکتور جداسازی بی تاثیر بوده و تنها تاثیر آن افزایش میزان استخراج عناصر بوده است. بررسی میزان پایداری SLM در تمام شرایط آزمایشگاهی نشان داد که سیستم مورداستفاده در طول مدت 6 دوره (سه روز) پایدار بوده و تراوایی کاهش چشم‌گیری نداشته است. درنهایت مدل¬سازی ریاضی سیستم SLM در حالت گذرا (ناپایدار) انجام شد. این مدل با استفاده از روش‌های عددی و تحلیلی حل شد و نتایج آن با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج بدست آمده نشان¬ داد که مدل ارائه شده، برای شبیه سازی فرآیند انتقال از میان غشای مایع تثبیت شده مناسب می¬باشد.
- Abstract
- In recent years, rare earth elements (REE) have become critical and strategic materials from an industrial perspective. So,various methods were used to recover such elements in high purity and large amount. Liquid membrane (LM) technique, as an advanced solvent extraction technique, provides a simple and effective separation method for these elements. In this study, supported liquid membrane (SLM) technique was selected for extraction and separation of Dysprosium (Dy) and Europium (Eu) with D2EHPA, Cyanex272 and the mixture of two extractants. The effective parameters such as feed phase pH, extractant concentration, strip phase concentration and membrane pore size were optimized to achieve maximum permeability. The results showed that the extraction ability of mixture of two extractants was higher than that of single D2EHPA or Cyanex272, as the permeability coefficient was increased about 40 to 60% for the mixture of extractants. The efficient transport of Dy and Eu was achieved by keeping the feed pH of 5, stripping phase concentration of 1 M and using 0.60 M (D2EHPA + Cyanex272) as extractant. In the extraction of two metals, the high separation factor of 4.72 was obtained for the (D2EHPA + Cyanex272) system. In the next stage of experiments, the presence of MWCNTs in the SLM system was investigated.The results showed that the MWCNTs had increasing effect on the permeability coefficient, because CNTs in the pores of PTFE support act as solute sorbent, resulting in higher extraction rate. The highest permeability coefficient value of 3.16×10–5 m s–1 was obtained for 0.60 M Cyanex272 as carrier with 2 mg/ml CNTs, keeping the feed pH at 6 and 1 M HNO3 as stripping solution. In all experiments the stability of membrane was checked by operating the same membrane continuously over a period of 10 cycles. The results showed that there was no significant decrease in permeability coefficient over 6 cycles and the performance of the membrane was acceptable over the time period studied. It was found that the pre-saturation of membrane phase and strip phase improved the SLM stability. Finally, a theoretical model was developed for unsteady-state transport of metal ions through SLM. This model was solved by numerical and analytical methods. A good agreement was observed between the theoretical and experimental values. The concentration distribution of carrier and metal-carrier complex as a function of position and time was derived from the theoretical model for the membrane phase.
