LUẬN VĂN:NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN

Chia sẻ: Rose_12 Rose_12 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:70

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 23
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, nhiều kim loại quý, chẳng hạn như ruteni (Ru), rođi (Rh), osmi (Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) và đặc biệt là palađi (Pd) ngày càng được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghệ cao. Là một nước giàu khoáng sản với các mỏ quặng với trữ lượng lớn như Yên Bái, Phú Yên, Đà Nẵng, Tây nguyên..,

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN:NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ***************** NGUYỄN THÀNH CHUNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHIẾT PALAĐI(II) BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC LỜI CẢM ƠN HÀ NỘI - 2009 1
TRƯỜNG IÁO DỌC QUỐĐÀO THÀ NỘI BỘ G ĐẠI H ỤC VÀ C GIA ẠO TRƯỜNG ĐĐI HỌC C SƯ PHẠM Ự NHIÊN TRƯỜNG ẠẠI HỌKHOA HỌC T HÀ NỘI **************** NGUYỄN THÀNH CHUNG NGUYỄN VĂN HẢI NGHIÊN CỨUCÁC THÔNG SỐ CHIẾT PALAĐI(II) TỐI ƯU HÓA KHẢ NĂNG CÔNG NGHỆ TÁCH TINH CHẾ MỘT SỐ NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM BẰNG TÁC NHÂN PDA VÀ MỘT SỐ AMIN Chuyên ngành: HOÁ VÔ CƠ Mã số : 62.44.25.01 Chuyên ngành : HÓA VÔ CƠ Mã số : 60.44.25 DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÓA HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Nghiêm Xuân Thung Người hướng dẫn: 1. PGS.TS. Lê Bá Thuận 2. TS. Phạm Đức Roãn HÀ NỘI - 2009 2
Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ tài liệu nào khác. Tác giả 3
Lời cảm ơn Luận văn khoa học này được hoàn thành tại Bộ môn Hóa vô cơ, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên và Trung tâm Công nghệ Vật liệu, Viện Công nghệ xạ hiếm và Viện Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nghiêm Xuân Thung, người thầy đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ nghiên cứu thuộc Trung tâm Công nghệ Vật liệu - Viện Công nghệ xạ hiếm đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các nhà khoa học đã đọc và đóng góp nhiều ý kiến quý báu trong quá trình hoàn thành luận văn. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Phòng Sau đại học, Ban chủ nhiệm khoa Hoá học, các thầy cô giáo trong Bộ môn Hoá học Vô cơ - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, các đồng nghiệp, bạn bè và người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn. Tác giả 4
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Pd : Palađi PDA : N,N-dibutyl-N,N-diphenyl-2,6-pyridine dicarboxyamide TOA : Tri-n-octyl amin TMEA : Tris[2-(2-methoxyethoxy)-ethyl] amin EDTA : Etylendiamintetraaxetic axit FEED : Dung dịch pha nước ban đầu của quá trình chiết O,A : Pha hữu cơ (Organic - hc ), pha nước (Aqueous - nc) V(hc/nc) : Tỉ lệ thể tích pha hữu cơ / thể tích pha nước DPd : Hệ số phân bố [ ]bđ : Nồng độ tại thời điểm ban đầu [ ]hc,nc : Nồng độ của cấu tử trong pha hữu cơ hoặc pha nước E(%) : Hiệu suất của quá trình chiết S(%) : Hiệu suất của quá trình giải chiết 5
MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Trang MỞ ĐẦU ……………………………………………………………… 1 3 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ………………………………………… 1.1 – Nguyên tố paladi (Pd) ………………………………………….. 3 1.1.1 - Tính chất ………………………………………………….…. 3 1.1.2 - Trạng thái thiên nhiên ………………………………………. 6 1.1.3 - Đồng vị ……………………………………………………… 7 1.2 – Paladi nitrat (Pd(NO3)2) ………………………………………… 8 1.3 –Ứng dụng của nguyên tố palađi (Pd) và các hợp chất của nó …… 8 1.3.1 - Ngành điện tử …………………………………………….…. 9 1.3.2 - Công nghệ …………………………………………………… 9 1.3.3 - Xúc tác ……………………………………………………… 10 1.3.4 - Lưu trữ hiđrô ………………………………………………... 10 1.3.5 - Kim hoàn ……………………………………………………. 10 1.3.6 - Nhiếp ảnh …………………………………………………… 11 1.3.7 - Nghệ thuật …………………………………………………... 11 1.4 – Các phương pháp tách và tinh chế paladi bằng dung môi ……… 11 1.4.1 - Phương pháp chiết dung môi ..................................................... 12 1.4.1.1 - Phương pháp tĩnh ................................................................. 13 1.4.1.2 - Phương pháp động ………………………………………… 14 1.4.2 – Các yếu tố ảnh hưởng đến chiết palađi bằng dung môi ........... 14 1.4.2.1 - Tác nhân chiết ...................................................................... 14 1.4.2.2 - Thiết bị chiết ........................................................................ 15 1.4.2.3 - Bản chất ion kim loại ............................................................... 15 1.4.2.4 - Ảnh hưởng của nồng độ axit vô cơ trong pha nước ............. 16 6
1.5 – Vai trò của các tác nhân chiết PDA và amin đối với paladi nitrat.. 17 1.5.1 - Đặc điểm hóa học của tác nhân chiết PDA và một số amin ..... 17 1.5.1.1 – Tác nhân chiết PDA ............................................................. 17 1.5.1.2 – Tác nhân chiết TOA và các amin khác …………………… 21 1.5.2 – Ảnh hưởng của dung dịch giải chiết ………………………... 22 1.5.3 – Các ảnh hưởng khác ………………………………………… 23 1.6 - Xu hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai ...................... 24 1.6.1 - Hóa học chiết .......................................................................... 24 1.6.2 - Thiết bị chiết ........................................................................... 24 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ………………………………………………………... 26 2.1 - Hóa chất, thiết bị ………………………………………………… 26 2.1.1 - Dung dịch …………………………………………………… 26 2.1.2 - Các tác nhân chiết …………………………………………… 27 2.1.3 – Dung môi …………………………………………………… 27 2.1.4 - Thiết bị ……………………………………………………... 27 2.2 – Các phương pháp thực nghiệm …………………………………. 27 2.2.1 - Tiến hành chiết Pd(II) ………………………………………. 28 2.2.2 - Tiến hành giải chiết Pd(II) ……………………………….…. 29 2.3 – Các phương pháp phân tích, kiểm tra …………………………... 29 30 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN …… 3.1 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân chiết PDA ……... 30 3.1.1 – Khảo sát khả năng chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa PDA 50mM …………………………………………………... 31 3.1.2 – Khảo sát khả năng chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa PDA 100mM …………………………………………………. 33 3.1.3 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) với hỗn hợp của HNO3 và NaNO3 trong dung dịch FEED……………………………………… 34 3.1.4 – Nghiên cứu khả năng giải chiết Pd(II) bằng hỗn hợp của HNO3 và EDTA ……………………………………………………. 35 7
3.1.5 - Ảnh hưởng của tác nhân chiết PDA tới quá trình chiết Pd(II). 36 3.1.6 - Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 tới quá trình chiết Pd(II) bằng tác nhân PDA ………………………………………………… 37 3.2 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân chiết là amin.…... 42 3.2.1 – So sánh khả năng chiết Pd(II) của các tác nhân amin……... 42 3.2.2 – Nghiên cứu khả năng chiết Pd(II) của tác nhân TOA…….…. 43 3.2.2.1 - Chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa TOA 100mM ……………………………………………………………… 43 3.2.2.2 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi 1,2-dicloetan chứa tác nhân TOA có nồng độ khác nhau ………………………………. 45 3.2.2.3 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi nitrobenzen với nồng độ TOA 100mM ……………………………………………… 46 3.2.2.4 - Nghiên cứu chiết Pd(II) bằng dung môi nitrobenzen chứa tác nhân TOA có nồng độ khác nhau ………………………………. 47 3.2.2.5 - Ảnh hưởng của tác nhân chiết TOA tới quá trình chiết Pd(II) ……………………………………………………………….. 49 3.2.2.6 - Ảnh hưởng của nồng độ axit HNO3 tới quá trình chiết Pd(II) ………………………………………………………………... 51 KẾT LUẬN ............................................................................................. 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................... 58 8
MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiều kim loại quý, chẳng hạn như ruteni (Ru), rođi (Rh), osmi (Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) và đặc biệt là palađi (Pd) ngày càng được ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghệ cao. Là một nước giàu khoáng sản với các mỏ quặng với trữ lượng lớn như Yên Bái, Phú Yên, Đà Nẵng, Tây nguyên.., Việt Nam có nguồn nguyên liệu dồi dào để tách hầu hết các kim loại quý. Để phát huy giá trị kinh tế của tài nguyên này, giai đoạn phân chia, tinh chế các kim loại quý đóng vai trò quan trọng. Do đó, một yêu cầu cấp thiết đặt ra là xây dựng các quy trình công nghệ tách, tinh chế các kim loại quý, đem lại hiệu quả và lợi ích kinh tế cao cho đất nước. Trong các ứng dụng để phân chia, tinh chế thì phương pháp chiết dung môi là một trong những phương pháp có nhiều ưu thế để thu nhận các sản phẩm kim loại quý có độ tinh khiết cao. Phương pháp này có những đặc tính ưu việt như tính liên tục, khả năng tự động hóa, năng suất cao, ... . Hiện nay, công nghệ chiết dung môi vẫn không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Trong đó, ngoài việc tìm kiếm tác nhân chiết mới thì chủ yếu tập trung vào việc cải tiến, tối ưu hóa các lưu trình chiết sẵn có nhằm nâng cao độ tinh khiết và hiệu suất thu hồi các sản phẩm nghiên cứu. Để xây dựng các quy trình chiết các kim loại quý như paladi.., có rất nhiều thông số cần được khảo sát như thông số thiết bị (số bậc chiết, rửa chiết, giải chiết), thông số thành phần (nồng độ kim loại cần tách và nồng độ axit của dung dịch nguyên liệu, dung dịch rửa, mức độ trung hòa dung môi...) và thông số tổ chức lưu trình (tốc độ dòng nguyên liệu, dung dịch rửa và giải chiết). Do đó, để rút ngắn thời gian và công sức nghiên cứu, xu hướng chung hiện nay là xác định các thông số này bằng cách sử dụng các thành phần nguyên liệu cho quá trình chiết có độ tinh khiết cao. Sau khi có được các số 9
liệu thực nghiệm, người ta mới xây dựng được quy trình, thông số kỹ thuật cơ bản như độ phân pha, nồng độ thích hợp của các cấu tử nghiên cứu, hệ số tách của từng nguyên tố... để từ đó lập ra một dạng mô phỏng để tính toán và tối ưu hóa hệ thống chiết, tinh chế từng kim loại riêng biệt, đặc biệt như palađi. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài: “ Nghiên cứu khả năng chiết palađi(II) bằng tác nhân PDA và một số amin “. Đề tài nghiên cứu được xây dựng sẽ tạo ra một công cụ hiệu quả, tin cậy để xác định và tối ưu hóa các thông số cơ bản của một số quá trình chiết palađi(II) với các dung môi trong các trong các điều kiện khác nhau. Với kết quả thu được sẽ làm tiền đề cho việc xây dựng được quy trình tinh chế paladi cũng như các kim loại quý khác. Điều đó là cơ sở quan trọng cho việc đầu tư trang thiết bị nghiên cứu và triển khai ứng dụng thực tế sau này. 10
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 – Nguyên tố palađi (Pd) Palađi (tiếng La tinh: Palladium) là một kim loại hiếm màu trắng bạc và bóng, được William Hyde Wollaston phát hiện năm 1803, ông cũng là người đặt tên cho nó là palladium theo tên gọi của Pallas, một tiểu hành tinh được đặt tên theo tên gọi tượng trưng của nữ thần Athena. Ký hiệu của palađi là Pd và số hiệu nguyên tử của nó là 46. Palađi cùng với ruteni (Ru), rođi (Rh), osmi (Os), iriđri (Ir) và platin (Pt) tạo thành một phân nhóm các nguyên tố gọi chung là các kim loại nhóm platin - kim loại chuyển tiếp (kim loại quý). Đây là những nguyên tố nặng nhất trong nhóm VIIIB. Các nguyên tố họ platin cấu hình electron chung (n-1)d6-10ns0-2 do đó trong các hợp chất chúng có nhiều số oxy-hóa. Chúng đều có các tính chất hóa học tương tự nhau. 1.1.1 - Tính chất Palađi (Pd) là kim loại màu trắng bạc và mềm, trông tương tự như platin. Palađi có tỷ trọng riêng nhỏ nhất và điểm nóng chảy thấp nhất trong số các kim loại nhóm platin. Nó mềm và dễ uốn khi tôi và tăng sức bền cũng như độ cứng lên rất nhiều khi gia công nguội. Palađi là kim loại có mạng lưới tinh thể lập phương tâm diện. Một số hằng số vật lý quan trọng của palađi được chỉ ra trong bảng 1 và bảng 2. Bảng 1 - Đặc điểm của nguyên tố palađi (Pd). Năng lượng ion hóa, eV Thế điện Nguyên S ố th ứ chuẩn, V tố (E) tự I1 I2 I3 I4 M2+/M Pd 46 8,33 19,42 32,93 48,77 1,0 11
Bảng 2 - Hằng số vật lý quan trọng của kim loại platin Nhiệt Độ cứng Độ dẫn Kim loại o o Nđnc, C Nđs, C thăng hoa Tỉ khối (thang điện (E) kJ/mol Moxơ) (Hg = 1) Pd 1554 2940 381 12,0 4,8 10 Về hoá học, các kim loại họ platin kém hoạt động hơn nhiều so với kim loại họ sắt, chúng là những kim loại quý cùng với bạc và vàng. Tất cả các kim loại họ platin tác dụng với khí clo đun nóng. Brom lỏng tác dụng chậm với platin ở nhiệt độ thường. Khi đun nóng, các kim loại họ platin tác dụng với hầu hết với nguyên tố không kim loại như như S, P, Si, As.... Ở điều kiện thường, các kim loại họ platin không bị gỉ trong không khí. Ở nhiệt độ nóng đỏ, kim loại Pd tác dụng với oxi tạo nên PdO nhưng ở nhiệt độ cao hơn các oxit phân hủy và kim loại ngừng tác dụng với oxi. Palađi hòa tan chậm trong axít sunfuric, axít nitric và axít clohiđric. Kim loại này không phản ứng với ôxy ở nhiệt độ bình thường và vì thế nó không bị xỉn màu khi ở trong không khí. Palađi nung nóng tới 800°C sẽ sinh ra một lớp ôxít palađi (II) (PdO). Nó bị xỉn màu nhẹ trong không khí ẩm có chứa lưu huỳnh. Đặc biệt, ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, palađi có thể hấp thụ hiđrô tới 900 lần thể tích của nó, điều này làm cho palađi là chất lưu trữ hiệu quả và an toàn cho hiđrô và các đồng vị của hiđrô. Khi palađi hấp thụ một lượng lớn hiđrô, kích thước của nó sẽ giãn nở một chút. Các trạng thái ôxi hóa phổ biến 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 cứ nào cho thấy palađi tồn tại ở trạng thái ôxi hóa +3; điều này được kiểm tra qua nhiễu xạ tia X cho một loạt các hợp chất, chỉ ra cho thấy thực chất chúng chỉ là chất nhị trùng của palađi (II) và palađi (IV) mà thôi. Gần đây, các hợp chất với trạng thái ôxi hóa +6 đã được tổng hợp. 12
Nguyên tố palađi (Pd) và hợp chất của nó có một số nét đặc trưng sau đây: - Trong các hợp chất, nguyên tố palađi tạo liên kết hoá học chủ yếu là liên kết cộng hoá trị. - Palađi có thể hấp thụ lượng hiđrô tới 935 lần thể tích của chính nó theo một phản ứng thuận nghịch. Có lẽ khả năng hấp thụ nhiều khí hiđrô có liên quan đến cấu hình electron độc đáo của Pd là 4d10 và thiếu electron 5s. - Điểm nổi bật của nguyên tố palađi là khả năng tạo nên các phức chất. Các phức chất palađi có độ bền cao bởi liên kết cộng hoá trị nên trơ về mặt động học . - Ion Pd2+ có cấu hình electron 1s22s22p63s23p63d104s24p64d8, bền trong môi trường nước, dung dịch loãng có màu vàng, dung dịch đặc có màu vàng sẫm đến nâu. Đa số phức chất của kim loại palađi ở trạng thái hoá trị 3 và 4 có cấu hình bát diện. Những hợp chất của các ion với cấu hình d8 của Pd(II) thường là phức chất hình vuông hoặc có cấu hình với số phối trí là 5. - Tinh thể palađi có cấu trúc theo mạng lập phương tâm diện, với a=3,8907A0. Cũng như các ion kim loại nhóm d khác, palađi có khả năng tạo phức với hầu hết các phối tử cho electron như Cl–, I–, CN–, SCN–... Các phức chất này phổ biến có số phối 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 kim loại kiềm hay NH4+, X là Cl-, Br-, I-, CN-, NO2- ), [E(NH3)4]X2 và [E(NH3)2X2] (trong đó X là Cl-, Br-, NO2-) [5]. Cấu hình vuông phẳng còn phổ biến trong các hợp chất của Pd(II) dưới dạng rắn như PdCl2. Palađi(II) clorua (PdCl2) là chất dạng tinh thể màu đỏ 13
thẫm, có kiến trúc mạch được tạo nên bởi những hình vuông nối với nhau qua nguyên tử Cl chung. Trong một số phức chất ion Pd2+ cũng thể hiện số phối trí 5, 6 có nghĩa là có sự tương tác yếu giữa ion trung tâm với các phối tử phía 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 thể tác dụng với dung dịch HNO3 đặc và H2SO4 đặc nóng. - …. 1.1.2 - Trạng thái thiên nhiên Các trầm tích quặng của palađi và các nguyên tố họ platin khác khá hiếm và được phát hiện, khai thác nhiều ở Transvaal thuộc Nam Phi, Montana ở Hoa Kỳ, Ontario ở Canada và Nga… Hiện nay, theo nhiều thông tin có được, ở Việt Nam, chúng ta đã phát hiện ra một số mỏ khai thác Uran, các nguyên tố đất hiếm… có dấu vết của Palađi ở một số nơi như Đà Nẵng, Phú Yên, Lai Châu… Ngoài việc khai thác mỏ, tái chế cũng là nguồn cung cấp palađi, chủ yếu từ các bộ chuyển đổi xúc tác đã bỏ đi. Hàng loạt các ứng dụng và nguồn cung cấp hạn chế của palađi tạo ra cho nó như một lĩnh vực đầu tư đáng quan tâm. Palađi có thể tìm thấy như là kim loại tự do, tạo hợp kim với vàng và các kim loại khác của nhóm platin trong các trầm tích. Nó được sản xuất ở quy mô thương mại từ trầm tích niken-đồng tìm thấy ở Nam Phi, Ontario và Siberi; một lượng lớn quặng được chế biến làm cho việc chiết tách palađi đem 14
lại lợi nhuận cho dù nó chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ trong các quặng này. Nhà sản xuất palađi lớn nhất thế giới là GMK Norilski Nikel (ГМК Норильский Никель), sản xuất nó từ trầm tích niken ở Norilsk–Talnakh. Mạch quặng Merensky của phức hệ đá lửa Bushveld ở Nam Phi chứa một lượng palađi đáng kể cùng các nguyên tố nhóm platin khác. Phức hệ đá lửa Stillwater ở Montana cũng chứa palađi ở hàm lượng có thể khai thác. Palađi cũng được sản sinh ra từ các lò phản ứng phân hạch hạt nhân và có thể chiết tách ra từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, mặc dù sản lượng thu được là không đáng kể. Palađi được tìm thấy trong các khoáng vật hiếm như cooperit và polarit. 1.1.3 - Đồng vị Palađi nguồn gốc tự nhiên là hỗn hợp của 6 đồng vị. Các đồng vị này chiếm tỉ lệ như sau: 102 104 105 Pd : 0,96% Pd : 10,97% Pd : 22,21% 106 108 110 Pd : 27,30% Pd : 26,93% Pd : 11,83% Các đồng vị phóng xạ ổn định nhất là Pd107 với chu kỳ bán rã 6,5 triệu năm, Pd103 với chu kỳ bán rã 17 ngày và Pd100 với chu kỳ bán rã 3,63 ngày. Mười tám đồng vị phóng xạ khác cũng được nêu đặc trưng với nguyên tử lượng trong khoảng từ 92,936 (Pd93) tới 119,924 (Pd120). Phần lớn trong số này có chu kỳ bán rã nhỏ hơn nửa giờ, ngoại trừ Pd101 (8,47 giờ), Pd109 (13,7 giờ) và Pd112 (21 giờ). Phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nhẹ hơn Pd106 là bắt điện tử tạo ra rhodi còn phương thức phân rã chủ yếu của các đồng vị nặng hơn Pd106 là phân rã beta tạo ra bạc. 15
1.2 – Palađi nitrat (Pd(NO3)2) Palađi có thể tạo nên các muối, hidroxit, oxit… trong đó muối palađi nitrat có nhiều ý nghĩa thực tế. Palađi nitrat, Pd(NO3)2, là tinh thể không màu, hút ẩm, chảy rữa trong không khí. Nó tan trong axit nitric và bị phân hủy khi đun nóng. Pd(NO3)2 là chất oxi hoá. Do đó, chúng ta cần phải bảo quản tinh thể Pd(NO3)2 trong môi trường phải kín và khô ráo ở nhiệt độ thường. Hình 1: Cấu hình của Pd(NO3)2 Dung dịch Palađi nitrat là dung dịch có màu nâu vàng, có tỉ lệ % Pd vào khoảng 12-20% (trọng lượng). Palađi nitrat có thể được sử dụng để mạ palađi kim loại cho các vật liệu theo yêu cầu kỹ thuật. Ngoài ra, nó cũng có thể dùng làm pha xúc tác trong nhiều trường hợp khác nhau. Như đã nói ở phần trên, palađi nitrat có khả năng tạo phức với hầu hết các phối tử cho electron như Cl–, I–, CN–, SCN–... Các phức chất này phổ biến có số phối trí bằng 4 với cấu hình vuông phẳng như [PdCl4]2–, [PdI4]2–... [5]. 1.3 –Ứng dụng của nguyên tố palađi (Pd) và các hợp chất của nó Năm 2007, theo báo cáo của Cục địa chất Anh, Nga là nhà sản xuất palađi hàng đầu thế giới, chiếm trên 50% thị phần, tiếp theo là Nam Phi, Hoa Kỳ và Canada. Do nhu cầu sử dụng trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp pháp triển, sản lượng palađi được khai thác và chế biến ngày càng tăng và giá trị thương mại của kim loại này cũng tăng theo. Phần lớn palađi được dùng trong các bộ chuyển đổi xúc tác của 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 bộ chuyển đổi xúc tác, trong đó chúng chuyển hóa tới 90% các khí độc hại từ khói ô tô (các hydrocacbon, mônôxít cacbon và các ôxít nitơ) thành các chất ít độc hại hơn (nitơ, điôxít cacbon và hơi nước). Palađi được sử dụng nhiều trong ngành kim hoàn. Palađi được ứng dụng trong điện tử như máy tính, điện thoại di động, tụ điện gốm nhiều lớp, mạ hợp thành, tiếp điểm điện áp thấp, và ti vi SED/OLED/LCD. Palađi cũng được sử dụng trong nha khoa, y học, tinh chế hiđrô, các ứng dụng hóa học, xử lý nước ngầm và đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sử dụng cho các tế bào nhiên liệu, trong đó kết hợp hiđrô và ôxy để phát điện, nhiệt và nước. Palađi được sử dụng trong nha khoa, chế tạo đồng hồ, các que thử đường trong máu, trong bu gi máy bay và để sản xuất các dụng cụ phẫu thuật và các tiếp điểm điện. 1.3.1 - Ngành điện tử Ứng dụng lớn nhất của palađi và palađi (II) nitrat trong ngành điện tử là được dùng để sản xuất tụ điện gốm nhiều lớp. Palađi (và các hợp kim palađi- bạc) được sử dụng như là các điện cực trong các tụ điện gốm nhiều lớp. Palađi (đôi khi kết hợp với hợp chất của niken) được sử dụng trong các lớp mạ kết nối trong các đồ điện tử tiêu dùng. Nó cũng được dùng trong việc mạ các thành phần của đồ điện tử và trong các vật liệu hàn. Vào năm 2006, palađi được dùng làm các linh kiện điện tử với lượng tiêu thụ khoảng 33 tấn và số lượng ngày càng tăng. 1.3.2 - Công nghệ 17
Hiđrô dễ dàng khuyếch tán qua palađi bị đốt nóng nên nó được sử dụng như một chất để tinh chế khí này. Vì thế, các lò phản ứng có màng lọc bằng palađi được sử dụng để sản xuất hiđrô. Nó cũng là một phần của điện cực palađi-hiđrô trong các nghiên cứu điện hóa học. Palađi(II) clorua có thể hấp thụ một lượng lớn khí cacbon mônôxít, và được dùng trong các thiết bị dò cacbon mônôxít. 1.3.3 - Xúc tác Khi được phân chia thành các hạt rất mịn, chẳng hạn biến tính palađi trên cacbon, palađi tạo thành một chất xúc tác tốt và được dùng để tăng tốc cho các phản ứng hiđrô hóa và khử hiđrô, cũng như trong cracking dầu mỏ. Một lượng lớn các phản ứng hình thành liên kết cacbon-cacbon trong hóa hữu cơ (như phản ứng Heck và phản ứng Suzuki) được tiến hành thuận lợi bằng xúc tác của các hợp chất chứa palađi. Ứng dụng lớn nhất của palađi hiện nay là trong các bộ chuyển đổi xúc tác. 1.3.4 - Lưu trữ hiđrô Hiđrua palađi là palađi kim loại có chứa một lượng đáng kể hiđrô trong mạng lưới tinh thể của nó. Ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển, palađi có thể hấp thụ lượng hiđrô tới 935 lần thể tích của chính nó theo một phản ứng thuận nghịch. Tính chất này được nghiên cứu tỉ mỉ do việc lưu trữ hiđrô là đáng quan tâm và để hiểu rõ hơn điều gì xảy ra ở cấp độ phân tử nhằm có thể dò ra manh mối để tạo ra các hiđrua kim loại cải tiến. Tuy nhiên, việc lưu giữ hiđrô trên cơ sở palađi là quá đắt tiền, do giá thành cao của kim loại này. 1.3.5 - Kim hoàn: Palađi (Pd) đôi khi được sử dụng trong ngành kim hoàn như là một kim loại quý, để thay thế cho platin hay vàng trắng. Nó trắng hơn, nhẹ hơn nhiều và cứng hơn khoảng 12% so với rođi. Tương tự như vàng, palađi có thể rèn thành các lá mỏng với độ dày cỡ 100 nm (1/250.000 18
inch)[3]. Tương tự như platin, nó sẽ phát triển một lớp gỉ mờ theo thời gian. Tuy nhiên, không giống như platin, palađi bị đổi màu ở các nhiệt độ cao trong quá trình hàn, nó trở nên cứng hơn khi bị nung nóng và làm nguội lặp đi lặp lại và sẽ phản ứng với các axít mạnh. Palađi là một trong số ba kim loại hay được sử dụng nhất để tạo hợp kim với vàng trong sản xuất vàng trắng. Hiện nay, nhu cầu sử dụng palađi làm đồ trang sức đang tăng mạnh, mỗi năm tăng khoảng 15% so với năm trước. 1.3.6 - Nhiếp ảnh Với công nghệ in ấn, các nhà nhiếp ảnh có thể tạo ra các bản in đen trắng mang tính nghệ thuật cao bằng cách sử dụng các muối platin hay palađi. Cùng với platin, palađi là một phần thay thế cho bạc. 1.3.7 - Nghệ thuật Các lá palađi là một trong vài sự thay thế cho các lá bạc được dùng trong các bản thảo viết tay trang kim (sơn son thiếp vàng). Các lá nhôm là sự thay thế không đắt tiền, tuy nhiên nhôm khó gia công hơn nhiều so với vàng hay bạc và tạo ra các kết quả ít tối ưu hơn khi sử dụng các kỹ thuật tạo lá kim loại truyền thống và vì thế các lá palađi được coi là sự thay thế tốt nhất mặc dù giá thành khá cao của nó. Với nhiều đặc tính quan trọng như vậy, vấn đề nghiên cứu về khả năng tách, tinh chế palađi ngày càng được mở rộng theo nhiều phương pháp khác nhau. Một trong những lĩnh vực đó là phương pháp chiết dung môi. 1.4 – Các phương pháp tách và tinh chế palađi bằng dung môi Chiết dung môi hay chiết lỏng-lỏng là quá trình phân bố các chất giữa hai pha lỏng không trộn lẫn vào nhau. Bản chất của quá trình chiết là sự chuyển chất được chiết từ pha này vào pha khác chứa tác nhân chiết qua bề mặt tiếp xúc giữa các pha. 19
Phương pháp chiết dung môi có những ưu điểm vượt trội như dung lượng chiết lớn, tốc độ phản ứng nhanh, hiệu quả tách cao và rất dễ tự động hóa. Vì thế, nó đã trở thành phương pháp chủ yếu để tách, tinh chế các kim loại quý với độ tinh khiết cao. Hiện nay, phương pháp này vẫn không ngừng được cải tiến bằng việc thử nghiệm các hệ chiết mới, các tác nhân chiết mới, cũng như tối ưu hóa thông số các công nghệ chiết sẵn có. 1.4.1 - Phương pháp chiết dung môi Tách, tinh chế các kim loại, đặc biệt là palađi là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Trong các phương pháp tách, phương pháp chiết dung môi chọn lọc đã mang lại nhiều thành tựu lớn lao trong lĩnh vực thủy luyện để tách, thu nhận các kim loại. Hiện nay, phần lớn các kim loại trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học đều có thể thu nhận bằng chiết dung môi. Trong đó, ngoài các kim loại quý thuộc nhóm platin, nhiều kim loại khác cũng được quan tâm như các kim loại đất hiếm và một số kim loại actinoit. Đối với phương pháp chiết dung môi, người ta thường nghiên cứu khả năng chiết của dung môi chọn lọc, vùng chiết và sản phẩm sau khi giải chiết có đạt được yêu cầu nghiên cứu đặt ra hay không. Vùng chiết có tác dụng bão hòa ion kim loại cần chiết trên pha hữu cơ, pha nước chủ yếu là ion còn lại không chuyển lên hết sau một chu trình chiết. Hiệu quả vùng chiết phụ thuộc vào bản chất tác nhân chiết, số bậc chiết, thành phần dung dịch nguyên liệu, tỉ lệ pha, thời gian lưu… . Khả năng chiết quyết định đến hiệu suất thu hồi của sản phẩm ở đầu ra pha hữu cơ và độ tinh khiết của sản phẩm ở đầu ra pha nước. Vùng giải chiết có tác dụng chuyển toàn bộ ion kim loại trên pha hữu cơ xuống pha nước, giải phóng dung môi. Hiệu quả giải chiết phụ thuộc vào thành phần dung dịch giải chiết, tỉ lệ pha, số bậc giải chiết, thời gian lưu … . 20