استخراج عناصر استراتژيك با استفاده از تماس دهنده‌هاي سنتي شامل چندين مرحله جداسازي است. افزون بر اين، توليد ناپيوسته محصولات منجر به مشكلاتي نظير زمان طولاني هر چرخه، تشكيل امولسيون، هدر رفتن بخشي از آناليت و استخراج‌كننده، شرايط ناهمگن فرايندي با توجه به اختلاط آهسته و انتقال جرم و حرارت كم مي‌شود. لذا نياز به ساخت سامانه‌هاي جديدي كه بتوانند بخشي از اين معايب را پوشش داده و فرايند استخراج حلالي را تقويت كنند، احساس مي‌شود. به همين منظور، در اين پژوهش، طراحي و ساخت يك سامانه ريزسيالشي استخراج حلالي بر پايه جريان موازي، جهت جداسازي يون فلزي گادولينيم بررسي شد. ابتدا با استفاده از فناوري حكاكي و برش ليزري با گاز CO2، الگوي ميكروكانال Y-Y شكل بر روي شيشه طرح نگاري مستقيم شد. سپس با بهره‎گيري از كوره 5 ليتري تحت دماي نرمينگي شيشه و زمان مشخص، اتصال شيشه بالايي و پاييني دستگاه ريزسيالشي انجام شد كه نهايتاً منجر به ساخت دستگاه ريزسيالش استخراج حلالي گرديد. ميكرو استخراج با حلال گادولينيم از محيط اسيدي به درون فاز آلي حاوي استخراج‌كننده 2-اتيل هگزيل فسفات به‌ عنوان سامانه مدل جهت بررسي عملكرد استخراج در دستگاه ريزسيالشي بر پايه الگوي جريان موازي انتخاب شد. سپس با رويكرد طراحي آزمايش به ‌منظور كاهش تعداد آزمايش‌ها و تعيين شرايط بهينه استخراج، به بررسي تأثير تكي و هم‌زمان پارامترهاي عملياتي شامل غلظت خوراك، اسيديته فاز آبي، غلظت حجمي استخراج‌كننده و زمان اقامت بر روي ميزان استخراج يون فلزي گادولينيم پرداخته شد. در اين راستا، غلظت خوراك ppm 31، ميزان استخراج‌كننده 2.9% (حجمي/حجمي)، 2.5= pHو زمان اقامت s13.5به‌ عنوان شرايط بهينه عملياتي به دست آمد. در شرايط بهينه عملياتي، ميزان استخراج گادولينيم از فاز آبي برابر 95.5% حاصل شد. همچنين، در مقايسه با استخراج ناپيوسته، استخراج تعادلي در ميكروكانال به ‌سرعت و در مدت ‌زمان 15 ثانيه به دست آمد( در شرايط استخراج ناپيوسته، استخراج تعادلي در مدت‌ زمان 10 دقيقه حاصل شد). استوكيومتري واكنش كمپلكس فلزي استخراج‌شده با استفاده مدل لگاريتمي غلظت- توزيع به‌صورت Gd (NO3)3.3MDEHPA تعيين شد. افزون بر اين، ضريب كلي انتقال جرم حجمي به ‌منظور تعيين عملكرد انتقال جرم بررسي شد. يافته‌هاي اين مطالعه، سادگي، قابليت حمل، اثربخشي، سرعت و سازگاري با محيط‌زيست را در فرايند ميكرو استخراج با حلال مورد تأييد قرارداد و نشان داد كه ميكرو استخراج فاز مايع در زمينه استخراج فلزات استراتژيك موجود در غلظت‌هاي پايين مفيد است.

1397/02/03

2/20/2020 12:00:00 AM

Solvent extraction of strategic element (known as Rare Earth Element, REE) involves several separation stages, time-consuming, possibility of emulsion formation, analyte and extractant loss and need to vigorous stirring of the two phases. Therefore, it needs to create new systems that can cover some of these disadvantages and intesify the liquid-liquid extraction process. In this research, microfluidic solvent extraction (microSX) of gadolinium was conducted using a Mono-and Di-Ester mixture (MDEHPA) as the cationic extractant. A microfluidic Y–Y channel fabricated using CO2 –laser technique in a glass microchip was used as the extraction system. Compared with batch extraction, extraction kinetic was found to be fast, extraction equilibrium was attained within 15s. Stoichiometry of the extracted complex was found to be Gd (NO3)3.3MDEHPA using log-log plot method. Additionally, the operating parameters, overall volumetric mass transfer coefficient ( k_L α) are investigated to determine the mass transfer performance. Optimum conditions of micro extraction for gadolinium using response surface methodology was determined for feed solutions 31ppm adjusted to pH 2.5, extractant concentration 2.9% (vol/vol) and extraction time 13.5 s. In optimum condition, gadolinium extraction yield was determined 95.5%. Findings of this study approved simplicity, portability, effectiveness, swiftness, and environmental friendliness microfluidic solvent extraction process and revealed micro SX is useful in the field of extraction strategic metals present in low concentrations which are otherwise not technically amenable or economically feasible to extraction using current traditional methods.