23885

جداسازي استخراجي يون طلا (III) از محلولهاي آبي به كمك مايع يوني bmimPF6 و مدلسازي ترموديناميكي سيستم با معادله حالت eSAFT-HR

دكترا

مهندسي شيمي

1392-1399

1399/11/12

دكتر فرزانه فيضي

دانشكده مهندسي شيمي، نفت و گاز

دراين كار استخراج طلا (III) از محيط اسيدي با استفاده از مايع يوني بررسي و مدلسازي ترموديناميكي سيستم استخراجي انجام شد. در مرحله اول از مخلوط مايع يوني 1-بوتيل-3-متيل ايميدازوليوم هگزافلوئوروفسفات (bmimPF6) و 1- اكتانول به عنوان استخراج‌گر استفاده شد. به منظور به حداقل رساندن تعداد آزمايش ها و همچنين در نظر گرفتن كليه برهم كنش هاي دوتايي موجود بين عوامل اثرگذار بر استخراج طلا (III) از محيط اسيدي از روش طراحي آزمايش با استفاده از روش سطح پاسخ و با روش طراحي مركب مركزي استفاده شد. در اين روش ضمن بررسي اثر پنج متغير موثر بر بازده استخراج يون هدف (غلظت اوليه يون فلزي، غلظت مايع يوني در فاز آلي، اسيديته فاز آبي، نسبت حجمي فاز آبي به آلي و مدت زمان استخراج)، شرايط بهينه با استفاده از تابع مطلوبيت تعيين شد. نتايج نشان مي دهد جداسازي طلا (III) از محيط اسيدي به كمك مخلوط سينرژيك مايع يوني bmimPF6 و 1- اكتانول يك روش كارا، ساده و سازگار با محيط زيست است كه در شرايط بهينه قابليت جداسازي طلا (III) را با بازده 99/9٪ ميسر مي سازد. با توجه به پيچيده بودن سيستم تعادلي استخراجي مورد مطالعه، جهت مدلسازي ترموديناميكي، آزمايشات استخراج طلا (III) از سيستم آبي 0/1 مولار هيدروكلريدريك اسيد تنها با استفاده از مايع يوني bmimPF6 به عنوان حلال استخراجي انجام، و مدلسازي ترموديناميكي سيستم استخراجي براي اولين بار با استفاده از معادله حالت eSAFT-HR انجام شد. به اين صورت كه نسخه غيرصريح MSA جهت محاسبه برهم كنش هاي برد بلند يون-يون به معادله حالت SAFT-HR اضافه و غير ايده آلي محلول در هر دو فاز آبي و آلي محاسبه شد. به منظور مدلسازي ترموديناميكي سيستم استخراجي ياد شده در ابتدا پارامترهاي تك تك اجزاء موجود در سيستم، در هر دو فاز، با استفاده از معادله eSAFT-HR محاسبه شد. پس از آن با حل همزمان معادلات واكنش شيميايي حاكم برسيستم، معادلات موازنه جرم و معادله موازنه بار الكتريكي، پارامترهاي كمپلكس استخراجي با برازش بر داده هاي تعادلي غلظت طلاي استحصال شده به دست آمد. ميانگين خطاي نسبي بازده استخراج محاسبه شده نسبت به بازده استخراج آزمايشگاهي 0/085 درصد محاسبه شد. نتايج به دست آمده نشان مي دهد معادله حالت eSAFT-HR، ابزاري نيرومند جهت مدلسازي سيستم استخراجي حاوي آب، يونها و مايع يوني است.

1400/03/27

Extraction of gold(III) ions from aqueous solutions in bmimPF6 ionic liquid and thermodynamic modeling of the system using eSAFT-HR

2/1/2022 12:00:00 AM

In the present study, extraction of gold(III) from an acidic medium was performed using 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoroPhosPhate ([bmim][PF6]) at 25 °C for which the thermodynamic modeling was investigated. In the first step, the extraction capability of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoroPhosPhate known as [BMIM] [PF6] and 1-octanol mixture, as an organic solvent in separation of Au(III). The influence of initial ion concentration, 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoroPhosPhate concentration, acidity of solution, volumetric ratio of aqueous to organic phase, and extraction time are examined. Central composite design in response-surface methodology was applied for the optimization of the effective parameters and the number of required experiments. The results confirmed that using the mixture of IL and organic solvent not only presents a great potential in extraction of gold(III) with high efficiency but also has several other advantages. This process is rapid, simple, environmentally benign, low cost, affordable, and consumes less organic solvent. In the theorical part of present study, not only 0.1 M aqueous hydrochloric acid media contained [bmim][PF6] was experimentally applied to the extraction of gold(III), but also the engineering version of Statistical Associating Fluid Theory (SAFT) Equationof State (EoS), introduced byHuang and Radosz (SAFT-HR EoS) coupled with the implicit version of mean sPherical approximation model (MSA) was applied for thermodynamic modelingof the equilibrium system. Non-idealities of both aqueous and organic phases were taken into account. A set of EoS parameters for each component was obtained by fitting to reliable experimental density/ activity coefficient data from literature. The gold compelex parameters are obtained through mass and charge balances along with the chemical equilibrium constants relations. The theory is found to accurately model the extraction efficiency of gold(III) with the average error of 0.085%. The predictive capability of the model was studied, as well. The results show that the model is a powerful tool for modeling the extraction system containing water, ions and IL.