NGHIÊN CỨU KHẢNĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐAMIN


MỞ ĐẦU
Hiện nay, nhiều kimloại quý, chẳng hạn nhưruteni (Ru), rođi (Rh), osmi
(Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) và đặc biệt là palađi (Pd) ngày càng được ứng
dụng phổbiến trong các lĩnh vực công nghệcao. Là một nước giàu khoáng
sản với các mỏquặng với trữlượng lớn nhưYên Bái, Phú Yên, Đà Nẵng, Tây
nguyên.., Việt Namcó nguồn nguyên liệu dồi dào đểtách hầu hết các kim loại
quý. Đểphát huy giá trịkinh tếcủa tài nguyên này, giai đoạn phân chia, tinh
chếcác kim loại quý đóng vai trò quan trọng. Do đó, một yêu cầu cấp thiết
đặt ra là xây dựng các quy trình công nghệtách, tinh chếcác kim loại quý,
đem lại hiệu quảvà lợi ích kinh tếcao cho đất nước.
Trong các ứng dụng đểphân chia, tinh chếthì phương pháp chiết dung
môi là một trong những phương pháp có nhiều ưu thế đểthu nhận các sản
phẩm kim loại quý có độtinh khiết cao. Phương pháp này có những đặc tính ưu
việt nhưtính liên tục, khảnăng tự động hóa, năng suất cao, … . Hiện nay, công
nghệchiết dung môi vẫn không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Trong
đó, ngoài việc tìmkiếmtác nhân chiết mới thì chủyếu tập trung vào việc cải
tiến, tối ưu hóa các lưu trình chiết sẵn có nhằmnâng cao độtinh khiết và hiệu
suất thu hồi các sản phẩmnghiên cứu.
Đểxây dựng các quy trình chiết các kim loại quý nhưpaladi.., có rất
nhiều thông sốcần được khảo sát nhưthông sốthiết bị(sốbậc chiết, rửa
chiết, giải chiết), thông sốthành phần (nồng độkimloại cần tách và nồng độ
axit của dung dịch nguyên liệu, dung dịch rửa, mức độtrung hòa dung môi…)
và thông sốtổchức lưu trình (tốc độdòng nguyên liệu, dung dịch rửa và giải
chiết). Do đó, đểrút ngắn thời gian và công sức nghiên cứu, xu hướng chung
hiện nay là xác định các thông sốnày bằng cách sửdụng các thành phần
nguyên liệu cho quá trình chiết có độtinh khiết cao. Sau khi có được các số


9
liệu thực nghiệm, người ta mới xây dựng được quy trình, thông sốkỹthuật cơ
bản như độphân pha, nồng độthích hợp của các cấu tửnghiên cứu, hệsốtách
của từng nguyên tố… đểtừ đó lập ra một dạng môphỏng đểtính toán và tối
ưu hóa hệthống chiết, tinh chếtừng kimloại riêng biệt, đặc biệt nhưpalađi.
Trên cơsở đó, chúng tôi chọn đềtài: “ Nghiên cứu khảnăng chiết
palađi(II) bằng tác nhân PDA và một sốamin“.
Đềtài nghiên cứu được xây dựng sẽtạo ra một công cụhiệu quả, tin cậy
đểxác định và tối ưu hóa các thông sốcơbản của một sốquá trình chiết
palađi(II) với các dung môi trong các trong các điều kiện khác nhau. Với kết
quảthu được sẽlàmtiền đềcho việc xây dựng được quy trình tinh chếpaladi
cũng nhưcác kim loại quý khác. Điều đó là cơsởquan trọng cho việc đầu tư
trang thiết bịnghiên cứu và triển khai ứng dụng thực tếsau này.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 – Nguyên tốpalađi (Pd)
Palađi(tiếng La tinh: Palladium) là một kimloại hiếm màutrắng bạc và
bóng, được WilliamHyde Wollaston phát hiện năm1803, ông cũng là người
đặt tên cho nó là palladiumtheo tên gọi của Pallas, một tiểu hành tinh được
đặt tên theo tên gọi tượng trưng của nữthần Athena. Ký hiệu của palađi là Pd
và sốhiệu nguyên tửcủa nó là 46. Palađi cùng với ruteni (Ru), rođi (Rh),
osmi(Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) tạo thành một phân nhómcác nguyên tốgọi
chung là các kimloại nhómplatin – kimloại chuyển tiếp (kimloại quý). Đây
là những nguyên tốnặng nhất trong nhómVIIIB.
Các nguyên tốhọplatin cấu hình electron chung (n-1)d
6-10
ns
0-2
do đó
trong các hợp chất chúng có nhiều sốoxy-hóa. Chúng đều có các tính chất
hóa học tương tựnhau.
1.1.1 – Tính chất
Palađi (Pd) là kimloại màu trắng bạc và mềm,trông tương tựnhưplatin.
Palađi có tỷtrọng riêngnhỏnhất và điểmnóng chảythấp nhất trong sốcác
kimloại nhómplatin. Nó mềm vàdễuốn khi tôivà tăng sức bền cũng như độ
cứng lên rất nhiều khi gia công nguội.
Palađi là kimloại có mạng lưới tinh thểlập phương tâmdiện. Một số
hằng sốvật lý quan trọng của palađi được chỉra trong bảng 1 và bảng 2.
Bảng 1- Đặc điểm của nguyên tốpalađi (Pd).
Năng lượng ion hóa, eV
Nguyên
tố(E)
Sốthứ
tự I1 I2 I3 I4
Thế điện
chuẩn, V
M
2+
/M
Pd 46 8,33 19,42 32,93 48,77 1,0
11
Bảng 2- Hằng sốvật lý quan trọng của kim loại platin
Kim loại
(E)
Nđnc,
o
C Nđs,
o
C
Nhiệt
thăng hoa
kJ/mol
Tỉkhối
Độcứng
(thang
Moxơ)
Độdẫn
điện
(Hg = 1)
Pd 1554 2940 381 12,0 4,8 10
Vềhoá học, các kim loại họplatin kémhoạt động hơn nhiều so với kim
loại họsắt, chúng là những kimloại quý cùng với bạc và vàng. Tất cảcác
kimloại họplatin tác dụng với khí clo đun nóng. Bromlỏng tác dụng chậm
với platin ởnhiệt độthường. Khi đun nóng, các kimloại họplatin tác dụng
với hầu hết với nguyên tốkhông kimloại nhưnhưS, P, Si, As….
Ở điều kiện thường, các kim loại họplatin không bịgỉtrong không khí.
Ởnhiệt độnóng đỏ, kim loại Pd tác dụng với oxi tạo nên PdO nhưng ởnhiệt
độcao hơn các oxit phân hủy và kimloại ngừng tác dụng với oxi. Palađi hòa
tan chậmtrong axít sunfuric, axít nitricvà axít clohiđric. Kim loại này không
phản ứng với ôxy ởnhiệt độbình thường và vì thếnó không bịxỉn màu khi ở
trong không khí. Palađi nung nóng tới 800°C sẽsinh ra một lớp ôxít palađi
(II) (PdO). Nó bịxỉn màu nhẹtrong không khí ẩm có chứa lưu huỳnh.
Đặc biệt, ởnhiệt độphòng và áp suất khí quyển, palađi có thểhấp thụ
hiđrô tới 900 lần thểtích của nó, điều này làmcho palađi là chất lưu trữhiệu
quảvà an toàn cho hiđrô và các đồng vịcủa hiđrô. Khi palađi hấp thụmột
lượng lớn hiđrô, kích thước của nó sẽgiãn nởmột chút.
Các trạng thái ôxi hóa phổbiến của palađi là 0, +1, +2 và +4. Mặc dù
ban đầu trạng thái +3 đã được coi là một trong các trạng thái ôxi hóa nền tảng
của palađi, nhưng không có chứng cứnào cho thấy palađi tồn tại ởtrạng thái
ôxi hóa +3; điều này được kiểmtra qua nhiễu xạtia Xcho một loạt các hợp
chất, chỉra cho thấy thực chất chúng chỉlà chất nhịtrùngcủa palađi (II) và
palađi (IV) màthôi. Gần đây, các hợp chất với trạng thái ôxi hóa +6 đã được
tổng hợp.
12
Nguyên tốpalađi (Pd) và hợp chất của nó có một sốnét đặc trưng sau
đây:
– Trong các hợp chất, nguyên tốpalađi tạo liên kết hoá học chủyếu là
liên kết cộng hoá trị.
– Palađi có thểhấp thụlượng hiđrô tới 935 lần thểtích của chính nó theo
một phản ứng thuận nghịch. Có lẽkhảnăng hấp thụnhiều khí hiđrô có liên
quan đến cấu hình electron độc đáo của Pd là 4d
10
và thiếu electron 5s.
– Điểm nổi bật của nguyên tốpalađi là khảnăng tạo nên các phức chất.
Các phức chất palađi có độbền cao bởi liên kết cộng hoá trịnên trơvềmặt
động học . , bền trong
môi trường nước, dung dịch loãng có màu vàng, dung dịch đặc có màu vàng
sẫm đến nâu. Đa sốphức chất của kim loại palađi ởtrạng thái hoá trị3 và 4
có cấu hình bát diện. Những hợp chất của các ion với cấu hình d
8
của Pd(II)
thường là phức chất hình vuông hoặc có cấu hình với sốphối trí là 5.
– Tinh thểpalađi có cấu trúc theo mạng lập phương tâmdiện, với
a=3,8907A
0
.
Cũng nhưcác ion kim loại nhómd khác, palađi có khảnăng tạo phức với
hầu hết các phối tửcho electron nhưCl

, I

, CN

, SCN

… Các phức chất này
phổbiến có sốphối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như[PdCl4]
2–
,
[PdI4]
2–
… Những phức chất thường gặp có các dạng: M2[EX4](trong đó M là
ion kimloại kiềmhay NH4
+
, X là Cl
-, Br
-, I
-, CN
-, NO2
-), [E(NH3)4]X2và
[E(NH3)2X2](trong đó X là Cl
-, Br
-, NO2
-) [5].
Cấu hình vuông phẳng còn phổbiến trong các hợp chất của Pd(II) dưới
dạng rắn nhưPdCl2. Palađi(II) clorua (PdCl2) là chất dạng tinh thểmàu đỏ
13
thẫm, cókiến trúc mạch được tạo nên bởi những hình vuông nối với nhau qua
nguyên tửCl chung.
Trong một sốphức chất ion Pd
2+
cũng thểhiện sốphối trí 5, 6 có nghĩa là
có sựtương tác yếu giữa ion trung tâmvới các phối tửphía trên và phía dưới
mặt phẳng chia theo dạng hình vuông.
– Kim loại Pd và hợp chất của nó cũng có hoạt tính xúc tác cao.
– Palađi có thểtác dụng với dung dịch HNO3 đặc và H2SO4 đặc nóng.
– ….
1.1.2 – Trạng thái thiên nhiên
Các trầmtích quặng của palađi và các nguyên tốhọplatin khác khá hiếm
và được phát hiện, khai thác nhiều ởTransvaal thuộc Nam Phi, Montana ở
Hoa Kỳ, Ontario ở Canadavà Nga… Hiện nay, theo nhiều thông tin có được,
ởViệt Nam,chúng ta đã phát hiện ra một sốmỏkhai thác Uran, các nguyên
tố đất hiếm…códấu vết của Palađi ởmột sốnơi như Đà Nẵng, Phú Yên, Lai
Châu… Ngoài việc khai thác mỏ, tái chếcũng là nguồn cung cấp palađi, chủ
yếu từcác bộchuyển đổi xúc tác đã bỏ đi. Hàng loạt các ứng dụng và nguồn
cung cấp hạn chếcủa palađi tạo ra cho nó nhưmột lĩnh vực đầu tư đáng quan
tâm.
Palađi có thểtìmthấy nhưlà kimloại tựdo, tạo hợp kimvới vàng và các
kimloại khác của nhómplatin trong các trầmtích. Nó được sản xuất ởquy
môthương mại từtrầmtích niken-đồngtìmthấy ở Nam Phi, Ontariovà
Siberi; một lượng lớn quặng được chếbiến làmcho việc chiết tách palađi đem
14
lại lợi nhuận cho dù nó chỉchiếm một tỷlệnhỏtrong các quặng này. Nhà sản
xuất palađi lớn nhất thếgiới là GMK Norilski Nikel(ГМК Норильский
Никель), sản xuất nó từtrầmtích niken ở Norilsk–Talnakh. Mạch quặng
Merenskycủa phức hệ đá lửa Bushveld ởNam Phi chứa một lượng palađi
đáng kểcùng các nguyên tố nhómplatinkhác. Phức hệ đá lửa Stillwater ở
Montanacũng chứa palađi ởhàmlượng có thểkhai thác.
Palađi cũng được sản sinh ra từcác lò phản ứng phân hạch hạt nhân và
có thểchiết tách ra từnhiên liệu hạt nhân đã qua sửdụng, mặc dù sản lượng
thu được là không đáng kể.
Palađi được tìmthấy trong các khoáng vật hiếm nhưcooperit và polarit.
1.1.3 – Đồng vị
Palađi nguồn gốc tựnhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị. Các đồng vịnày
chiếm tỉlệnhưsau:
102
Pd : 0,96%
104
Pd : 10,97%
105
Pd : 22,21%
106
Pd : 27,30%
108
Pd : 26,93%
110
Pd : 11,83%
Các đồng vịphóng xạ ổn định nhất là Pd
107
với chu kỳbán rã6,5 triệu
năm, Pd
103
với chu kỳbán rã 17 ngày và Pd
100
với chu kỳbán rã 3,63 ngày.
Mười tám đồng vịphóng xạkhác cũng được nêu đặc trưng với nguyên tử
lượngtrong khoảng từ92,936 (Pd
93
) tới 119,924 (Pd
120
). Phần lớn trong số
này có chu kỳbán rã nhỏhơn nửa giờ, ngoại trừPd
101
(8,47 giờ), Pd
109
(13,7
giờ) và Pd
112
(21 giờ).
Phương thức phân rãchủyếu của các đồng vịnhẹhơn Pd
106
là bắt điện
tửtạo ra rhodicòn phương thức phân rã chủyếu của các đồng vịnặng hơn
Pd
106
là phân rã betatạo ra bạc.
15
1.2 – Palađi nitrat (Pd(NO3)2)
Palađi có thểtạo nên các muối, hidroxit, oxit… trong đó muối palađi
nitrat có nhiều ý nghĩa thực tế. Palađi nitrat, Pd(NO3)2, là tinh thểkhông màu,
hút ẩm, chảy rữa trong không khí. Nó tan trong axit nitric và bịphân hủy khi
đun nóng. Pd(NO3)2 là chất oxi hoá. Do đó, chúng ta cần phải bảo quản tinh
thểPd(NO3)2trong môi trường phải kín và khô ráo ởnhiệt độthường.
Hình 1: Cấu hình của Pd(NO3)2
Dung dịch Palađi nitrat là dung dịch có màu nâu vàng, có tỉlệ% Pd vào
khoảng 12-20% (trọng lượng).
Palađi nitrat có thể được sửdụng đểmạpalađi kimloại cho các vật liệu
theo yêu cầu kỹthuật. Ngoài ra, nó cũng có thểdùng làmpha xúc tác trong
nhiều trường hợp khác nhau.
Như đã nói ởphần trên, palađi nitrat có khảnăng tạo phức với hầu hết
các phối tửcho electron nhưCl

, I

, CN

, SCN

… Các phức chất này phổbiến
có sốphối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như[PdCl4]
2–
, [PdI4]
2–
… [5].
1.3 –Ứng dụng của nguyên tốpalađi (Pd) và các hợp chất của nó
Năm2007, theo báo cáo của Cục địa chất Anh, Ngalà nhà sản xuất
palađi hàng đầu thếgiới, chiếmtrên 50% thịphần, tiếp theo là NamPhi, Hoa
Kỳvà Canada. Do nhu cầu sửdụng trên thếgiới, đặc biệt là các nước có nền
công nghiệp pháp triển, sản lượng palađi được khai thác và chếbiến ngày
càng tăng và giá trịthương mại của kim loại này cũng tăng theo.
Phần lớn palađi được dùng trong các bộchuyển đổi xúc táccủa công
nghiệp sản xuất ô tô, trong lĩnh vực điện tử…
16
Các tính chất độc đáo của palađi và các hợp chất của kim loại này giải
thích ứng dụng rộng rãi của palađi trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Trên một
nửa nguồn cung cấp palađi được dùng cho các bộchuyển đổi xúc tác, trong
đó chúng chuyển hóa tới 90% các khí độc hại từkhói ô tô (các hydrocacbon,
mônôxít cacbonvà các ôxít nitơ) thành các chất ít độc hại hơn (nitơ, điôxít
cacbonvà hơi nước). Palađi được sửdụng nhiều trong ngành kimhoàn.
Palađi được ứng dụng trong điện tửnhư máy tính, điện thoại di động, tụ điện
gốmnhiều lớp, mạhợp thành, tiếp điểm điện áp thấp, và ti vi
SED/OLED/LCD. Palađi cũng được sửdụng trong nha khoa, y học, tinh chế
hiđrô, các ứng dụng hóa học, xửlý nước ngầm và đóng vai trò quan trọng
trong công nghệsửdụng cho các tếbào nhiên liệu, trong đó kết hợp hiđrô và
ôxy đểphát điện, nhiệt và nước.
Palađi được sửdụng trong nha khoa, chếtạo đồng hồ, các que thử đường
trong máu, trong bu gi máy bay và đểsản xuất các dụng cụphẫu thuậtvà các
tiếp điểm điện.
1.3.1 – Ngành điện tử
Ứng dụng lớn nhất của palađi và palađi (II) nitrat trong ngành điện tửlà
được dùng đểsản xuất tụ điện gốmnhiều lớp. Palađi (và các hợp kimpalađibạc) được sửdụng nhưlà các điện cực trong các tụ điệngốmnhiều lớp.
Palađi (đôi khi kết hợp với hợp chất của niken) được sửdụng trong các lớp
mạkết nối trong các đồ điện tửtiêu dùng.
Nó cũng được dùng trong việc mạcác thành phần của đồ điện tửvà trong
các vật liệu hàn. Vào năm2006, palađi được dùng làmcác linh kiện điện tử
với lượng tiêu thụkhoảng 33 tấn và sốlượng ngày càng tăng

About svktclub

svktclub nhận viết thuê luận văn,báo cáo,chuyên đề tốt nghiệp
Bài này đã được đăng trong Đề tài Đại học và được gắn thẻ , . Đánh dấu đường dẫn tĩnh.

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s