CHIẾT MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (Nd, Gd, Dy)<br />
BẰNG TRIPHENYLPHOTPHIN OXIT VÀ AXIT DI-(2-ETYLHEXYL)<br />
PHOTPHORIC TỪ MÔI TRƯỜNG AXIT NITRIC VÀ CLOHIDRIC<br />
NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN - LÊ THỊ HỒNG NHẠN<br />
Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế<br />
PHẠM QUÝ<br />
Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Quảng Nam<br />
VÕ TIẾN DŨNG<br />
Trường Cao đẳng Sư phạm Quảng Trị<br />
Tóm tắt: Qua kết quả nghiên cứu chiết nguyên tố đất hiếm (NTĐH) (Nd,<br />
Gd, Dy) bằng hỗn hợp triphenylphotphin oxit (TPPO) và axit di-(2etylhexyl)photphoric (HDEHP) từ môi trường axit clohidric (HCl) và axit<br />
nitric (HNO3) cho thấy trong môi trường HNO3 hệ có hiệu ứng tăng cường<br />
chiết (SK >0) nhưng trong môi trường HCl hiệu ứng tăng cường chiết chỉ xảy<br />
ra khi có muối đẩy AlCl3. Hiệu ứng tăng cường chiết của hệ chịu ảnh hưởng<br />
khá mạnh bởi các yếu tố như tỉ lệ, tổng nồng độ của tác nhân chiết, của sự<br />
thay đổi nồng độ H+ cân bằng trong dung dịch.<br />
<br />
1. MỞ ĐẦU<br />
Chiết một số NTĐH bằng tác nhân chiết triphenylphotphin oxit (TPPO) từ môi trường<br />
axit nitric [1]; tricloaxetic [2]; clorua và thioxyanat [3] đã được nghiên cứu. Trong bài<br />
báo này chúng tôi thông báo một số kết quả chiết NTĐH (Nd, Gd, Dy) bằng hỗn hợp<br />
TPPO và axit di-(2-etylhexyl)photphoric (HDEHP) từ môi trường axit clohidric (HCl)<br />
và axit nitric (HNO3).<br />
2. PHẦN THỰC NGHIỆM<br />
2.1. Hóa chất<br />
- Các dung dịch muối clorua, muối nitrat của NTĐH được điều chế bằng cách hòa<br />
tan một lượng chính xác các oxit đất hiếm (là sản phẩm của Merck, Đức) tương<br />
ứng trong các dung dịch HCl, HNO3 đậm đặc (có độ sạch PA). Nồng độ NTĐH<br />
được xác định bằng DTPA với chỉ thị Arsenazo (III) trong môi trường đệm axetat<br />
có pH thích hợp, xác định nồng độ axit bằng NaOH tiêu chuẩn với chỉ thị metyl<br />
da cam.<br />
- Tác nhân chiết TPPO, sản phẩm của hãng Koch-Light Laboratories Ltd (Anh) có<br />
độ sạch 98.5%, HDEHP sản phẩm của hãng BDH Chemical Ltd Poole England<br />
97-98% (3.08M) có độ sạch PA được hòa tan trực tiếp trong toluen không qua<br />
tinh chế. Nồng độ của tác nhân chiết được tính theo đơn vị mol/l.<br />
- Các loại hóa chất khác như HNO3, HCl, NaOH, DTPA, AlCl3, Arsenazo(III) đều<br />
có độ sạch PA.<br />
Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm Huế<br />
ISSN 1859-1612, Số 04(16)/2010: tr. 50-55<br />
<br />
CHIẾT MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (Nd, Gd, Dy)...<br />
<br />
51<br />
<br />
2.2. Phương pháp nghiên cứu: Chiết các NTĐH bằng các tác nhân chiết TPPO,<br />
HDEHP hoặc bằng hỗn hợp TPPO và HDEHP được tiến hành trên các phểu chiết có<br />
dung tích 20ml. Tỉ lệ thể tích của pha nước pha hữu cơ là 1:1. Thời gian chiết và phân<br />
pha là 5 phút. Sau khi tách riêng hai pha, nồng độ của các NTĐH ở các pha được xác<br />
định bằng phương pháp chuẩn độ sử dụng dung dịch chuẩn DTPA 10-2M với thuốc thử<br />
Arsenazo(III).<br />
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br />
3.1. Ảnh hưởng của nồng độ axit đến hệ số phân bố (D) và hệ số tăng cường chiết (SK)<br />
Các thí nghiệm được tiến hành với nồng độ ban đầu của muối NTĐH 0.1M, TPPO<br />
0.1M, HDEHP 0.1M hoặc hỗn hợp TPPO 0.1M, HDEHP 0.1M – toluen, nồng độ của<br />
HNO3 cân bằng ([H+]) thay đổi từ 0.2M – 1.5M. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nồng<br />
độ HNO3 cân bằng đến D và SK được trình bày ở bảng 1.<br />
Bảng 1. Ảnh hưởng của nồng độ HNO3 cân bằng đến hệ số D và SK<br />
NTĐH<br />
<br />
Nd<br />
<br />
Gd<br />
<br />
Dy<br />
<br />
Tác nhân<br />
chiết<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
<br />
D, SK<br />
D1<br />
D2<br />
D1,2<br />
SK<br />
D1<br />
D2<br />
D1,2<br />
SK<br />
D1<br />
D2<br />
D1,2<br />
SK<br />
<br />
0.20<br />
0.059<br />
0.455<br />
0.522<br />
0.007<br />
0.039<br />
0.628<br />
0.673<br />
0.004<br />
0.024<br />
0.793<br />
0.813<br />
0.003<br />
<br />
0.50<br />
0.083<br />
0.331<br />
0.456<br />
0.042<br />
0.064<br />
0.417<br />
0.518<br />
0.032<br />
0.038<br />
0.593<br />
0.666<br />
0.023<br />
<br />
[H+] , M<br />
0.75<br />
1.00<br />
0.079<br />
0.066<br />
0.261<br />
0.178<br />
0.395<br />
0.344<br />
0.065<br />
0.149<br />
0.067<br />
0.057<br />
0.326<br />
0.261<br />
0.439<br />
0.417<br />
0.048<br />
0.117<br />
0.047<br />
0.035<br />
0.457<br />
0.398<br />
0.554<br />
0.504<br />
0.041<br />
0.066<br />
<br />
1.20<br />
0.056<br />
0.133<br />
0.286<br />
0.179<br />
0.046<br />
0.231<br />
0.376<br />
0.133<br />
0.032<br />
0.371<br />
0.470<br />
0.067<br />
<br />
1.50<br />
0.043<br />
0.101<br />
0.236<br />
0.215<br />
0.032<br />
0.197<br />
0.349<br />
0.183<br />
0.029<br />
0.342<br />
0.445<br />
0.079<br />
<br />
Bảng 1 cho thấy khi [H+] tăng thì SK tăng nhưng khi điện tích hạt nhân của các NTĐH<br />
tăng thì SK giảm. Ở [H+] bằng 0.75M thì SK đủ lớn và thích hợp nên nồng độ này được<br />
chọn cho các thí nghiệm tiếp theo.<br />
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy nếu chiết NTĐH bằng hỗn hợp TPPO 0.1M +<br />
HDEHP 0.1M từ môi trường HCl thì ở mọi nồng độ đều không có hiệu ứng tăng cường<br />
chiết (SK < 0). Khi có muối đẩy AlCl3 thì hệ có hiệu ứng tăng cường chiết (SK > 0)<br />
(bảng 2).<br />
Bảng 2. Ảnh hưởng của nồng độ AlCl3 đến hệ số D và SK<br />
NTĐH<br />
Nd<br />
<br />
Tác nhân<br />
chiết<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
<br />
D, SK<br />
D1<br />
D2<br />
<br />
C AlCl , M<br />
3<br />
<br />
0.25<br />
0.084<br />
0.812<br />
<br />
0.50<br />
0.096<br />
0.976<br />
<br />
0.75<br />
0.108<br />
1.256<br />
<br />
1.00<br />
0.147<br />
1.524<br />
<br />
1.25<br />
0.172<br />
2.012<br />
<br />
1.50<br />
0.232<br />
2.352<br />
<br />
2.00<br />
0.800<br />
3.243<br />
<br />
52<br />
<br />
NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN và cs.<br />
<br />
D1,2<br />
SK<br />
D1<br />
D2<br />
D1,2<br />
SK<br />
D1<br />
D2<br />
D1,2<br />
SK<br />
<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
TPPO<br />
HDEHP<br />
TPPO +<br />
HDEHP<br />
<br />
Gd<br />
<br />
Dy<br />
<br />
1.184<br />
0.121<br />
0.062<br />
0.923<br />
1.217<br />
0.092<br />
0.057<br />
1.106<br />
1.401<br />
0.081<br />
<br />
1.453<br />
0.132<br />
0.074<br />
1.247<br />
1.665<br />
0.108<br />
0.066<br />
1.454<br />
1.933<br />
0.104<br />
<br />
1.892<br />
0.142<br />
0.088<br />
1.682<br />
2.415<br />
0.135<br />
0.079<br />
1.872<br />
2.494<br />
0.107<br />
<br />
2.355<br />
0.149<br />
0.099<br />
2.075<br />
3.000<br />
0.140<br />
0.084<br />
2.213<br />
3.153<br />
0.138<br />
<br />
3.446<br />
0.198<br />
0.125<br />
2.431<br />
3.887<br />
0.182<br />
0.092<br />
2.672<br />
4.103<br />
0.172<br />
<br />
4.553<br />
0.246<br />
0.168<br />
2.887<br />
4.955<br />
0.210<br />
0.136<br />
3.124<br />
5.164<br />
0.200<br />
<br />
8.466<br />
0.231<br />
0.606<br />
3.792<br />
8.675<br />
0.295<br />
0.583<br />
4.425<br />
8.930<br />
0.251<br />
<br />
(Điều kiện thí nghiệm (ĐKTN): LnCl3 0.1M, [H+]= 0.75M, TPPO 0.1M, HDEHP0.1M, TPPO<br />
0.1M + HDEHP 0.1M – toluen)<br />
<br />
3.2. Ảnh hưởng của tỉ lệ TPPO/HDEHP đến hệ số tăng cường chiết (SK)<br />
<br />
6.0<br />
5.5<br />
<br />
SK.10<br />
<br />
SK.10<br />
<br />
2<br />
<br />
Dy<br />
Gd<br />
Nd<br />
<br />
6.5<br />
<br />
2<br />
<br />
Điều kiện thực nghiệm: nồng độ muối NTĐH 0.1M, [H+] = 0.75M, tỉ lệ TPPO/HDEHP<br />
(theo nồng độ) thay đổi từ 1/6, 1/3, 1/1, 3/1, 6/1. Kết quả khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ<br />
TPPO/HDEHP từ môi trường HNO3 (hình 1a) và HCl có muối đẩy AlCl3 1.5M (hình<br />
1b) cho thấy: ở tỉ lệ TPPO/HDEHP = 1/1 hệ số tăng cường chiết của hệ đạt giá trị lớn<br />
nhất, giống như khi chiết bằng TBP và HDEHP[4], TBP và PC88A[5].<br />
Dy<br />
Gd<br />
Nd<br />
<br />
26<br />
24<br />
22<br />
<br />
5.0<br />
<br />
20<br />
<br />
4.5<br />
<br />
18<br />
<br />
4.0<br />
<br />
16<br />
<br />
3.5<br />
14<br />
<br />
3.0<br />
12<br />
<br />
2.5<br />
10<br />
<br />
2.0<br />
1:6<br />
<br />
1:3<br />
<br />
1:1<br />
<br />
3:1<br />
<br />
6:1<br />
<br />
2<br />
<br />
(TPPO/HDEHP).10 M<br />
<br />
a)<br />
<br />
Từ môi trường HNO3<br />
<br />
1:6<br />
<br />
1:3<br />
<br />
1:1<br />
<br />
3:1<br />
<br />
6:1<br />
<br />
TPPO/HDEHP<br />
<br />
b) Từ môi trường HCl có AlCl3 1.5M<br />
<br />
Hình 1. Ảnh hưởng của tỉ lệ TPPO/HDEHP đến SK<br />
<br />
3.3. Ảnh hưởng của tổng nồng độ (TPPO + HDEHP) đến hệ số SK<br />
Kết quả khảo sát ảnh hưởng của tổng nồng độ tác nhân chiết TPPO + HDEHP (tỉ lệ<br />
TPPO/HDEHP không đổi bằng 1/1) đến hệ số SK từ môi trường HNO3 (hình 2a) và HCl<br />
có muối đẩy AlCl3 1.5M (hình 2b) cho thấy: khi tổng nồng độ tác nhân chiết càng lớn<br />
thì hệ số SK càng cao. Tuy nhiên với tác nhân TPPO, đây là tác nhân rất khó hòa tan<br />
trong dung môi toluen do đó khi tổng nồng độ của hai tác nhân bằng 0.2M giá trị SK đủ<br />
lớn và khá thuận lợi về mặt pha chế nên tổng nồng độ này được chọn để tiến hành các<br />
thí nghiệm tiếp theo.<br />
<br />
53<br />
<br />
Dy<br />
Gd<br />
Nd<br />
<br />
2<br />
<br />
SK.10<br />
<br />
Dy<br />
Gd<br />
Nd<br />
<br />
7.5<br />
<br />
K<br />
<br />
S .10<br />
<br />
2<br />
<br />
CHIẾT MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM (Nd, Gd, Dy)...<br />
<br />
7.0<br />
<br />
30<br />
28<br />
<br />
6.5<br />
<br />
26<br />
<br />
6.0<br />
5.5<br />
<br />
24<br />
<br />
5.0<br />
<br />
22<br />
<br />
4.5<br />
<br />
20<br />
<br />
4.0<br />
3.5<br />
<br />
18<br />
<br />
3.0<br />
<br />
16<br />
<br />
2.5<br />
10<br />
<br />
15<br />
<br />
20<br />
<br />
25<br />
<br />
10<br />
<br />
30<br />
<br />
15<br />
<br />
20<br />
<br />
25<br />
<br />
30<br />
2<br />
<br />
CTPPO+HDEHP.10 M<br />
<br />
2<br />
<br />
C(TPPO+HDEHP).10 M<br />
<br />
a) Từ môi trường HNO3<br />
<br />
b) Từ môi trường HCl có AlCl3 1.5M<br />
<br />
Hình 2. Ảnh hưởng của tổng nồng độ (TPPO + HDEHP) đến SK<br />
(ĐKTN: Nồng độ muối NTĐH 0.1M, [H+] = 0.75M)<br />
<br />
3.4. Đường đẳng nhiệt chiết của Nd, Gd, Dy khi chiết bằng hỗn hợp (TPPO +<br />
HDEHP)<br />
<br />
Dy<br />
Nd<br />
Gd<br />
<br />
2<br />
<br />
[Ln ]hc.10 M<br />
<br />
Đường đẳng nhiệt chiết là đại lượng đánh giá dung lượng của hệ chiết, qua đó có thể<br />
xác định hiệu suất của quá trình chiết. Dung lượng chiết phụ thuộc chủ yếu vào bản<br />
chất, nồng độ tác nhân chiết trong pha hữu cơ và bản chất của ion kim loại được chiết.<br />
Đường đẳng nhiệt chiết của Nd, Gd, Dy từ môi trường HNO3 và HCl được thể hiện ở<br />
hình 3.<br />
Dy<br />
Gd<br />
Nd<br />
<br />
70<br />
<br />
3+<br />
<br />
3+<br />
<br />
2<br />
<br />
[Ln ]hc.10 M<br />
<br />
10<br />
<br />
8<br />
<br />
60<br />
50<br />
<br />
6<br />
<br />
40<br />
<br />
4<br />
<br />
30<br />
20<br />
<br />
2<br />
10<br />
<br />
0<br />
0<br />
<br />
5<br />
<br />
10<br />
<br />
15<br />
<br />
20<br />
<br />
25<br />
<br />
30<br />
<br />
0<br />
3+<br />
<br />
2<br />
<br />
[Ln ]n.10 M<br />
<br />
a) Từ môi trường HNO3<br />
<br />
0<br />
<br />
5<br />
<br />
10<br />
<br />
15<br />
<br />
20<br />
<br />
25<br />
<br />
30<br />
3+<br />
<br />
2<br />
<br />
[Ln ]n.10 M<br />
<br />
b) Từ môi trường HCl có AlCl3 1.5M<br />
<br />
Hình 3. Đường đẳng nhiệt chiết của Nd, Gd, Dy khi chiết bằng hỗn hợp<br />
TPPO 0,1M, + HDEHP 0,1M-toluen<br />
<br />
Qua hình 3 cho thấy trong cả hai môi trường dung lượng chiết của Dy > Gd > Nd, điều<br />
này có nghĩa là khi chiết bằng hỗn hợp TPPO 0.1M + HDEHP 0.1M thì khả năng chiết<br />
Dy (NTĐH nhóm nặng) > Gd (NTĐH nhóm trung gian) > Nd (NTĐH nhóm nhẹ); dung<br />
lượng chiết NTĐH từ môi trường HCl khi có muối đẩy lớn hơn từ môi trường HNO3<br />
không có muối đẩy.<br />
<br />
54<br />
<br />
NGUYỄN ĐÌNH LUYỆN và cs.<br />
<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Qua nghiên cứu chiết Nd, Gd, Dy bằng TPPO, HDEHP từ môi tường HNO3 và HCl kết<br />
quả thu được:<br />
1. Khi chiết NTĐH từ môi trường HNO3 hệ có hiệu ứng tăng cường chiết (SK > 0)<br />
nhưng trong môi trường HCl hệ chỉ có hiệu ứng tăng cường chiết khi có mặt muối<br />
đẩy AlCl3. Hệ số tăng cường chiết tăng khi nồng độ axit giảm và giảm khi điện<br />
tích hạt nhân tăng.<br />
2. Tỉ lệ TPPO/HDEHP cũng như tổng nồng độ tác nhân chiết có ảnh hưởng đến SK .<br />
Ở tỉ lệ TPPO/HDEHP = 1/1 SK có giá trị cực đại, khi tổng nồng độ tác nhân chiết<br />
càng lớn thì SK càng lớn. Tuy nhiên do TPPO khó hòa tan trong dung môi toluen<br />
nên tổng nồng độ 0.2M được chọn để nghiên cứu.<br />
3. Đã xây dựng được đường đẳng nhiệt chiết của Nd, Gd, Dy khi chiết bằng hỗn hợp<br />
TPPO và HDEHP. Kết quả cho thấy NTĐH nào chiết tốt hơn thì có dung lượng<br />
chiết lớn hơn (Dy > Gd > Nd).<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1]<br />
[2]<br />
[3]<br />
<br />
[4]<br />
<br />
[5]<br />
<br />
Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm (2006). Chiết Neodym và Ytri bằng<br />
triphenylphotphin oxit (TPPO) từ môi truờng axit nitric. Tạp chí Hóa học, T.45(2), tr.<br />
195-198.<br />
Nguyễn Đình Luyện, Phạm Quý, Võ Tiến Dũng (2009). Chiết các nguyên tố đất hiếm<br />
bằng triphenylphotphin oxit từ môi trường axit tricloaxetic. Tạp chí Hóa học và ứng<br />
dụng, số 13(97), tr. 32-35.<br />
Nguyễn Đình Luyện, Trần Hoàng Khánh, Nguyễn Thị Hồng Mơ, Nguyễn Thị Trang<br />
(2009). Chiết La, Gd, Nd, Er bằng triphenylphotphin oxit từ môi trường clorua và<br />
thioxyanat. Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế,<br />
số 3(11), tr. 45-49.<br />
Nguyễn Đình Luyện (2005). Chiết một số nguyên tố đất hiếm (Nd, Eu, Gd, Y) bằng<br />
tributylphotphat, axit di-2-etylhexylphotphoric từ dung dịch axit clohiđric. Tuyển tập<br />
công trình khoa học Hội nghị khoa học phân tích Hóa, Lý và Sinh học Việt Nam lần<br />
thứ 2, tr. 115-118.<br />
Lưu Minh Đại, Đặng Vũ Minh, Võ Quang Mai (2003). Hiệu ứng tăng cường chiết<br />
của các nguyên tố đất hiếm nặng (Gd, Tb, Dy, Ho, Y, Er) bằng hỗn hợp<br />
tributylphotphat và axit 2-etylhexylphotphoric từ dung dịch axit nitric. Tạp chí Hóa<br />
học, T. 41, số 4, tr. 97-101.<br />
<br />
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
