23263

مطالعه تجربي جداسازي يون مس توسط فرآيند جداسازي مايع-مايع در مقياس ميكرو

كارشناسي ارشد

فرآيندهاي جداسازي

1396-1399

1399/07/29

دكتر سيد نظام الدين اشرفي زاده - دكتر احمد رهبر

مهندسي شيمي، نفت و گاز

استفاده از فلز مس و آلياژهاي آن با توجه به ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد اين فلز در صنايع الكترونيكي و متالوژي، آلياژهاي فولادي و ساير كاربردها روزبه‌روز در حال افزايش است. از اين رو توجه ويژه به استحصال اين عنصر از كانه‌هاي با عيار پايين مس و پسماندهاي صنعتي و خانگي با استفاده از روش‌هاي مختلف از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. يكي از اين روش‌ها استفاده از سامانه‌هاي ريزسيالشي مي‌باشد. استفاده از سامانه‌هاي ريزسيالشي در انجام فرآيندهاي جداسازي به صورت پيوسته در دو دهه گذشته مورد توجه فراواني قرار گرفته است. در بين فرآيندهاي جداسازي مختلف، استخراج مايع-مايع به طور ويژه از مزايايي چون مسافت نفوذ مولكولي پايين و سطح ويژه فصل مشترك بالا كه منجر به انتقال جرم مؤثري در سامانه‌هاي ريزسيالشي مي‌شود، برخوردار است. در اين مطالعه، ابتدا سامانه ريزسيالشي از جنس شيشه به روش برش ليزر ساخته شده و سپس استخراج حلالي يون فلزي مس به كمك تكنيك ريزسيالشي با استفاده از استخراج‌كننده كاتيوني 2-اتيل ‌هگزيل فسفات (MDEHPA) در الگوي جريان موازي در ميكروكانال‌ Y-Y انجام شده است و پارامترهاي تأثيرگذار بر آن نيز بررسي شده‌اند. بدين منظور جهت كاهش تعداد آزمايش‌ها و تعيين شرايط بهينه استخراج، طراحي آزمايش به روش سطح پاسخ صورت گرفته و به بررسي تأثير تكي و هم‌زمان پارامترهاي عملياتي شامل غلظت حجمي استخراج‌كننده، pH فاز آبي و زمان اقامت بر روي ميزان استخراج يون فلزي مس پرداخته شد. در اين راستا ميزان غلظت استخراج‌كننده (vol⁄vol) 11‌%، pH برابر 5 و زمان اقامت برابر s 20 به عنوان شرايط بهينه عملياتي به‌دست آمد. در شرايط عملياتي بهينه، ميزان استخراج مس از فاز آبي برابر 45/88‌% حاصل شد. همچنين نسبت دبي‌هاي دوفاز آبي و آلي تغيير داده شد كه با توجه به نتايج به‌دست آمده در نسبت دبي Q_org⁄Q_aq برابر 2⁄1 بازدهي استخراج يون مس از ‌‌45/88‌% به 54/90‌% افزايش يافت. ضرايب كلي انتقال‌ جرم حجمي ( ) نيز تحت شرايط مختلف به منظور ارزيابي عملكرد انتقال جرم در سامانه ريزسيالشي محاسبه شد. نتايج نشان داد مقادير با افزايش زمان اقامت به صورت غيرخطي كاهش يافتند. بالاترين مقادير بين (‌( 1)⁄s13/0-‌78/0) در طول زمان اقامت برابر s‌20 مشاهده شد كه در مقابل مقادير در استخراج ناپيوسته (‌( 1)⁄s029/0-‌005/0) بسيار بزرگ‌تر مي‌باشد كه نشان‌دهنده عملكرد انتقال جرمي بهتر سامانه ريزسيالشي است.

1399/12/02

Experimental Study of Copper Ion Separation Using Liquid-Liquid Extraction in Microfluidic System

10/21/2021 12:00:00 AM

The use of copper metal and its alloys is increasing day by day due to the unique properties of this metal in the electronics, steel alloys and other applications. Therefore, special attention is paid to the extraction of this element from low-grade copper ores and industrial and household wastes by using different methods is of particular importance. One of these methods is the use of microfluidic systems. The use of microfluidic systems in continuous separation processes has received much attention in the last two decades. Among the various separation processes, liquid-liquid extraction in particular has advantages such as low molecular penetration distance and high interface specific surface area, which leads to effective mass transfer in microfluidic systems. In this study, first the microfluidic system made of glass was made by laser cutting method and then the solvent extraction of copper metal ion was performed by using the microfluidic technique and using PHOSPHORIC ACID 2-ETHYLHEXYL ESTER (MDEHPA) cation extractor in the Y-Y microchannel and the parameters that affecting it have also been investigated. For this purpose, in order to reduce the number of experiments and determine the optimal extraction conditions, the experiment was designed by using the response level method and the effect of single and simultaneous operational parameters including volume concentration of the extractor, pH of the aqueous phase and residence ion extraction was investigated. In this regard, the amount of extractor concentration 11% (vol/vol), pH equal to 5 and residence time equal to 20 seconds were obtained as optimal operating conditions. In optimal operating conditions, the amount of copper extraction from the aqueous phase was 88.45%. Also the ratio of two-phase aqueous and organic discharges was changed, which according to the results obtained in the Q_org⁄Q_aq ratio equal to 2⁄1 the copper ion extraction efficiency increased from 88.45% to 90.54%. The total volumetric mass transfer coefficients (K_L a) were also calculated under different conditions to evaluate the mass transfer performance in the microfluidic system. The results showed that K_L a values decreased nonlinearly with increasing residence time. The highest K_L a values were observed between (0.13-0.78 1⁄s) during the residence time equal 20 second, which is much higher than the K_L a values in batch extraction (0.005-0.029 1⁄s), which indicates better mass transfer performance of the microfluidic system.

فلز مس , استخراج حلالي , سامانه ريزسيالشي , ميكرو كانال Y-Y , ضريب انتقال جرم حجمي

copper metal , Solvent extraction , Microfluidic system , Y-Y microchannel , Volumetric mass transfer cofficien