نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

جداسازی یون مس در سامانه های ریزسیالشی توسط فرآیند استخراج مایع - مایع

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
آزمایشگاه تحقیقاتی فرآیندهای جداسازی پیشرفته، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران
چکیده
با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد فلز مس در صنایع الکترونیکی و متالورژی و همچنین استفاده از آلیاژهای مس، استفاده از فلز مس و آلیاژهای آن در سایر کاربردها روزبه‌روز در حال افزایش است. به همین دلیل استخراج این فلز از کانی‌ها با عیار پایین مس و پسماندهای صنعتی و خانگی با استفاده از روش‌های مختلف، از جمله سامانه‌های ریزسیالشی، بسیار مهم است. استفاده از سامانه‌های ریزسیالشی به خصوص در فرآیندهای جداسازی مایع-مایع از مزایایی چون کاهش مسافت نفوذ مولکولی و افزایش سطح ویژه فصل مشترک برخوردار است که منجر به انتقال جرم مؤثری در سامانه‌های ریزسیالشی می‌شود. در این مطالعه، سامانه ریزسیالشی از جنس شیشه با استفاده از روش برش لیزر ساخته شده و سپس با استفاده از استخراج‌کننده کاتیونی 2-اتیل‌هگزیل فسفات (MDEHPA) در الگوی جریان موازی در میکروکانال Y-Y  شکل، استخراج حلالی یون فلزی مس انجام شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، شرایط بهینه عملیاتی شامل غلظت حجمی استخراج‌کننده برابر با (Vol/Vol) 11‌%، pH  برابر 5 و زمان اقامت برابر 20 ثانیه مشخص شده است. در شرایط بهینه، بازدهی استخراج مس از فاز آبی به مقدار 45/88‌% و با تغییر نسبت نرخ جریان‌های دوفاز آبی و آلی به 0.5، بازدهی استخراج به 54/90‌ % افزایش یافت. ضرایب کلی انتقال‌ جرم حجمی  KLa نیز تحت شرایط مختلف به منظور ارزیابی عملکرد انتقال جرم در سامانه ریزسیالشی محاسبه شد. نتایج نشان داد مقادیر KLa با افزایش زمان اقامت به صورت غیرخطی کاهش یافتند. بالاترین مقادیر KLa  بین بازه 1/s  ‌13/0-‌78/0 در طول زمان اقامت برابر 20 مشاهده شد که نسبت به مقادیر KLa در استخراج ناپیوسته بسیار بزرگ‌تر می‌باشد که نشان‌دهنده عملکرد انتقال جرمی بهتر سامانه ریزسیالشی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Irannajad, M., Afzali, Z., Haghighi, H. K., Solvent Extraction of Copper Using TBP, D2EHPA and MIBK. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, 59: 605-611 (2018).
[2] Ciceri, D., Perera, J. M., Stevens, G. W., The Use of Microfluidic Devices in Solvent Extraction. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 89(6): 771-786 (2014).
[3] Santigosa, E., Maspoch, S., Payán, M. R., Liquid Phase Microextraction Integrated into a Microchip Device for the Extraction of Fluoroquinolones from Urine Samples. Microchemical Journal, 145: 280-286 (2019).
[4] Darekar, M., Singh, K. K., Mukhopadhyay, S., Shenoy, K. T., Liquid–Liquid Two-Phase Flow Patterns in Y-junction Microchannels. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56(42): 12215-12226 (2017).
[5] Maruyama, T., Matsushita, H., Uchida, J. I., Kubota, F., Kamiya, N., Goto, M., Liquid Membrane Pperations in a Microfluidic Device for Selective Separation of Metal Ions. Analytical chemistry, 76(15): 4495-4500 (2004).
[6] Yin, C. Y., Nikoloski, A. N., Wang, M., Microfluidic Solvent Extraction of Platinum and Palladium from a Chloride Leach Solution Using Alamine 336. Minerals Engineering, 45: 18-21 (2013).
[7] Kagawa, T., Ohno, M., Seki, T., Chikama, K., Online Determination of Copper in Aluminum Alloy by Microchip Solvent Extraction Using Isotope Dilution ICP-MS Method. Talanta, 79(4): 1001-1005 (2009).
[8] Žnidaršič-Plazl, P., Plazl, I., Steroid Extraction in a Microchannel System—Mathematical Modelling and Experiments. Lab on a Chip, 7(7): 883-889 (2007).
 [9] Plouffe, P., Roberge, D. M., Macchi, A., Liquid–Liquid Flow Regimes and Mass Transfer in Various Micro-Reactors. Chemical Engineering Journal, 300: 9-19 (2016).
[10] Kim, H. B., Ueno, K., Chiba, M., Kogi, O., Kitamura, N., Spatially-Resolved Fluorescence Spectroscopic Study on Liquid/Liquid Extraction Processes in Polymer Microchannels. Analytical sciences, 16(8): 871-876. (2000).
[11] Imoberdorf, G. E., Vella, G., Sclafani, A., Rizzuti, L., Alfano, O. M., Cassano, A. E., Radiation Model of a TiO2‐coated, Quartz Wool, Packed‐bed Photocatalytic Reactor. AIChE journal, 56(4): 1030-1044 (2010).
[12] Feng, J., Chuanhua, L., Jinhui, P., Libo, Z., Shaohua, J., Solvent Extraction of Cu 2+ with Laminar Flow of Microreactor from Leachant Containing Cu and Fe. Rare Metal Technology 2015: 45-52 (2016).
[13] Xu, C., Xie, T., Review of Microfluidic Liquid–Liquid Extractors. Industrial & Engineering Chemistry Research, 56(27): 7593-7622.(2017).
[14] Jalilvand, P., Rahbar-Kelishami, A., Mohammadi, T., Shayesteh, H.,  Optimizing of Malachite Green Extraction from Aqueous Solutions using Hydrophilic and Hydrophobic Nanoparticles. Journal of Molecular Liquids, 308: 113014. (2020).
[15] Rahmaniyan, B., Mohammadi, T., Tofighy, M. A., Development of High Flux PVDF/modified TNTs Membrane with Improved Properties for Desalination by Vacuum Membrane Distillation. Journal of Environmental Chemical Engineering, 9(6): 106730 (2021).
[16] Sarbisheh, F., Norouzbeigi, R., Hemmati, F., Shayesteh, H., Application of Response Surface Methodology for Modeling and Optimization of Malachite Green Adsorption by Modified Sphagnum Peat Moss as a Low Cost Biosorbent. Desalination and Water Treatment, 59: 230-242 (2017).
 [17] Jiang, F., Pei, J., Yin, S., Zhang, L., Peng, J., Ju, S., ... Wang, X., Solvent Extraction and Stripping of Copper in a YY Type Microchannel Reactor. Minerals Engineering, 127: 296-304 (2018).
[18] Dong, B., Wu, J. H., Wu, J., Zhang, X. P., Zhai, J. J., Solvent Extraction Process for the Selective Recovery of Copper and Cobalt from Carrollite Leach Solution. Metallurgical Research & Technology, 116(3): 309 (2019).
[19] Heidari, B. S., Oliaei, E., Shayesteh, H., Davachi, S. M., Hejazi, I., Seyfi, J., ... Rashedi, H., Simulation of Mechanical Behavior and Optimization of Simulated Injection Molding Process for PLA Based Antibacterial Composite and Nanocomposite Bone Screws using Central Composite Design. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 65: 160-176 (2017).
[20] Abbasi, A., Rahbar-Kelishami, A., Ghasemi, M. J., Development of a Microfluidic-chip System Based on Parallel Flow for Intensified Gd (III) Extraction from Nitrate Media using Cationic Extractant. Journal of Rare Earths, 36(11): 1198-1204 (2018).
[21] Plouffe, P., Roberge, D. M., Sieber, J., Bittel, M., Macchi, A.,  Liquid–Liquid Mass Transfer in a Serpentine Micro-reactor using Various Solvents. Chemical Engineering Journal, 285: 605-615 (2016).
[22] Tokeshi, M., Minagawa, T., Uchiyama, K., Hibara, A., Sato, K., Hisamoto, H., Kitamori, T., Continuous-flow Chemical Processing on a Microchip by Combining Microunit Operations and a Multiphase Flow Network. Analytical Chemistry, 74(7): 1565-1571 (2002).
[23] Morita, K., Hagiwara, T., Hirayama, N., Imura, H., Extraction of Cu (II) with Dioctyldithiocarbamate and a Kinetic Study of the Extraction using a Two-phase Microflow System. Solvent Extraction Research and Development, Japan, 17: 209-214 (2010).
[24] Yang, L., Zhao, Y., Su, Y., Chen, G., An Experimental Study of Copper Extraction Characteristics in a T‐junction Microchannel. Chemical Engineering & Technology, 36(6): 985-992 (2013).
 [25] Priest, C., Zhou, J., Klink, S., Sedev, R., Ralston, J., Microfluidic Solvent Extraction of Metal Ions and Complexes from Leach Solutions Containing Nanoparticles. Chemical engineering & technology, 35(7): 1312-1319 (2012).
[26] Kagawa, T., Ohno, M., Seki, T., Chikama, K., Online Determination of Copper in Aluminum Alloy by Microchip Solvent Extraction using Isotope Dilution ICP-MS Method. Talanta, 79(4): 1001-1005 (2009).