غشاء پلیمری درونگیر حاوی اتر تاجی و بررسی کارایی آن در استخراج کروم

غشاء پلیمری درونگیر حاوی اتر تاجی و بررسی کارایی آن در استخراج کروم

کاربردهای وسیع و صنعتی فلزهای سنگین باعث ورود آنها به خاک و آب و هوا و تهدیدی برای محیط زیست و سلامتی موجودات زنده می باشد. وجود بالاتر از حد مجاز یونهای این فلزات باعث ایجاد اختلال در عملکرد فیزیولوژیکی بافتهای مختلف بدن و اثرات نامطلوب و جبران ناپذیر بر سلامتی موجودات زنده می گردد.

در میان یونهای فلزات سنگین، کروم(VI) یک آلاینده رایج آبهای سطحی و زیرزمینی، به دلیل فعالیتهای صنعتی متعددی از جمله آبکاری، دباغی چرم، نساجی، رنگرزی، تولید رنگدانه و متالورژی است. در فهرست اولویت مواد خطرناک برای انسان و حیوانات، کروم در ردیف هفدهم در بین 783 ماده سمی قرار گرفته.

بیشتر بخوانید: اصول سختی سنجی و کاربردهای آن

و به عنوان عامل سرطان زای انسانی توسط سازمان بهداشت جهانی (WHO)  شناخته شد ه است. ترکیبات شامل کروم (VI) می توانند به شوک قلبی و آسیب به کلیه ها، کبد و یا دستگاه تنفسی بینجامند. کمترین بیشترین مقدار مجاز کروم کل در آب آشامیدنی، بر اساس اعلام سازمان بهداشت جهانی و آژانس حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA ) به ترتیب 05 / 0 و 1 / 0 میلیگرم بر لیتر تعیین شده است.

مشکلات و نگرانی های ناشی از وجود این آلاینده ها، لزوم گسترش مطالعات مرتبط با نظارت، کنترل، حذف و یا کاهش مقدار این گونه های سمی تا کمتر از حد مجاز، به ویژه از پسابها و قبل از ورود آنها به محیط زیست را ضروری می سازد.

روش های مختلفی مانند رسوبگیری شیمیایی، تعویض یون و جذب سطحی، با استفاده از جاذب های طبیعی و سنتزی از جمله روش ها ی جداسازی می باشند که در اهدافی مانند آلودگی زدایی آبها از فلزها ی سنگین یا بازیابی آنها از پسماندهای صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند.

با این حال، روشهای استخراج حلالی (استخراج مایع-مایع) از مقرون به صرفه ترین روشها از نظر اقتصادی و همچنین پرکاربردترین و کارآمدترین روش های جداسا ی برای اهداف صنعتی و مطالعات بنیادی شناخته می شوند. 

با وجود این مزایا، هزینه های سنگین استفاده از مصرف انرژی بالا و به ویژه نیاز به استفاده از حلالهای آلی که به طور معمول آلاینده ی محیط زیست هستند و همچنین اشتعال پذیر بودن این حلالها که باعث پایین آمدن سطح ایمنی در محیط ها ی کار با آنها می شود، موجب محدودیت هایی در بکارگیری این رو شها شده است. 

بیشتر بخوانید: نکات ایمنی کار با سانتریفیوژ

این عوامل باعث شده فرایندهای جداسازی بر پایه غشاء های مایع به عنوان جایگزین روشهای استخراج حلالی مورد توجه گروه های تحقیقاتی و ن صنایع مختلف قرار گیرد. دلیل این توجه پیشرفتهایی است که در تهیه غشاءهای با قابلیت های ویژه انجام شده است.با توجه به محدودیت های محیط زیستی که صنایع با آن روبرو هستند، کاهش قابل توجه تا حذف حلال آلی در روش های غشای مایع را می توان مهمترین وجه اختلاف روشها ی استخراج حلالی و رو شهای جداسازی بر پایه غشاهای مایع و امتیاز خاص این فن آوری برشمرد. 

غشاهای مایع مختلفی از جمله غشاهای مایع تودهای (BLM)، غشاهای مایع امولسیونی ELM) )، غشاهای مایع قرار گرفته بر بستر  SLM) ) و غشاهای پلیمری درونگیر  PIM) ) طراحی و مورد مطالعه قرار گرفته اند. غشاءهای مایع توده ای دارای محدودیتهایی مانند زیاد بودن حجم فاز غشایی، نیاز به مقدار نسبتا زیاد از حامل، سرعت انتقال جرم پایین و کم بودن نسبت سطح تماس فازهای آبی و آلی هستند. 

در غشاهای مایع امولسیونی مصرف حلالهای آلی و حامل بسیار کم شده و افزایش قابل توجه سطح تماس فازها ی درگیر در فرایند انتقال باعث افزایش سرعت انتقال جرم شده است، اما ناپایداری در تشکیل امولسیون ها و سخت بودن شکستن امولسیونهای پایدار از موارد محدود کننده توسعه این نوع غشاءها می باشد. 

بیشتر بخوانید: سانتریفیوژ آزمایشگاهی چیست و روش کار با آن چگونه است؟

در غشاهای مایع قرار گرفته بر بستر حلال آلی و استخراج کننده (حامل) در کانالهای صفحه های پلیمری نظیر پلیپروپیلن مستقر شده اند. نیروهای نگهدارنده فاز آلی در این نوع از غشاءها، برهم کنش فاز آلی با دیوار ه کانالهای بستر از طریق نیروهای موئینگی است و لازم است تا حلال آلی بکارگرفته شده و حامل، خاصیت آلی دوستی با لایی داشته باشند. به همین دلیل این نوع از غشاءهای مایع پایداری مناسبی ندارند.

این مسئله باعث شده تا کاربردهای صنعتی این روش از گستردگی زیادی برخوردار نباشد. غشاءهای پلیمری درونگیر (پیمها) فیلم های نازک و باانعطافی هستند که به طور معمول از یک پلیمر پایه، یک نرم کننده و یک استخراج کننده تشکیل می شوند و مشکلات بیان شده سایر غشاءهای مایع را ندارند.

نقش پلیمر پایه که به عنوان مثال میتواند پلیوینیلکلراید (PVC )، سلولز تری استات ( CTA )و پلیوینیلیدینفلوراید- CO - هگزافلوئوروپروپیلن ( PVDF-HFP) باشد، ایجاد محیط با مقاومت مکانیکی مناسب برای نگهداری استخراج کننده و نرم کننده در شبکه پلیمری خود می باشد. 

در حقیقت همین ساختار و گیر افتادن اجزاء غشاء در شبکه پلیمری باعث پایداری بسیار مطلوب این نوع غشاء نسبت به غشاهای قرارگرفته بر بستر شده است. وجود گرو ه های قطبی و برهم کنشهای قطبی بین رشته های پلیمری باعث صلب بودن و عدم انعطاف غشاء تهیه شده می شود که این شرایط موجب کندی جریان آنالیت درون غشا خواهد شد. 

نرم کننده ها به منظور افزایش نرمی و انعطاف پذیری غشاءها و افزایش جریان آنالیت درون غشاء استفاده می شوند. در حقیقت نرم کننده ها با نفوذ بین مولکول های پلیمر و خنثی کردن گروه های قطبی پلیمر با گروه های قطبی موجود در ساختار خود و یا افزایش فاصله بین مولکوله ای پلیمر باعث کاهش قدرت نیروهای بین مولکولی می شوند. 

بیشتر بخوانید: روش های آنالیز فلزات سنگین

نقش کاهنده این نیروها در بعضی غشاءهای پلیمری درون گیر با قرارگیری مولکو لهای استخراج کننده با توانایی برهم کنش با رشته های پلیمری تامین می شود. با این حال در برخی دیگر از غشاءها به ویژه غشاءهای بر پایه پلیمر سلولز تری استات لازم است تا از نرم کننده ها با توانایی برهم کنش با گروههای قطبی رشته های پلیمری استفاده شود.

از جمله نرم کننده های مورد استفاده در جداسازی ها ی بر مبنای غشاءهای پلیمری درونگیر میت وان به ارتو-نیترو فنیل اکتیل اتر( NPOE )، دی بوتیل فتالات ( DBP )، تری بوتیل فسفات ( TBP )، تریس( 2 -اتیل هگزیل) فسفات ( TEHP ) و 1 -تترا دکانول اشاره کرد 

استخراج کننده یا حامل عامل کلیدی در گزینشی عمل کردن غشاء در یک فرایند جداسازی است. در حقیقت استخراج کننده عامل کمپلکس کننده یا تعویض یونی است که مسئول پیوند شدن با آنالیت و انتقال آن در غشاء با توجه به اختلاف پتانسیل شیمیایی در دو انتهای مسیر انتقال می باشد.

انتخاب نوع استخراج کننده مناسب، امکان تغییر ویژگی های غشاء را فراهم می کند و باعث بهبود کارایی و گزینش پذیری می شود. این ویژگی غشاها به علاوه امکان استفاده آنها در فرایند هم زمان استخراج و استخراج برگشتی باعث امتیاز بالاتر این غشاءها نسبت به فرایند جذب سطحی شده است. 

اترهای تاجی دسته ای از استخراج کننده های ماکروسیکل (بزرگ حلقه ای) هستند که به دلیل حضور اکسیژن، گوگرد و یا نیتروژن در ساختار خود و اندازه حفره متفاوت، توانایی تشکیل کمپلکس های گزینشی پایدار با یونها را دارند.

بیشتر بخوانید: روش های آنالیز طلا

با توجه به طبیعت یون گزین اترهای تاجی برحسب اندازه یونها و توانایی قابل توجه آنها در انتقال یو های فلزی از محیط های آبی به محیطهای آلی، این دسته از ماکروسیکل ها با مکانیسم های مختلفی مثل حلال پوشی و یا تشکیل زوج یون در استخراج مایع-مایع  و یا عوامل استخراج کننده در انتقال یونهای فلزی از درون غشای مایع کاربرد فراوانی پیدا کرده اند.