Nikkelin, koboltin, lyijyn ja sinkin selektiivinen erottaminen ioninleimaustekniikalla syntetisoiduilla kelatoivilla erotusmateriaaleilla
Silvonen, Timka (2012)
Kandidaatintyö
Silvonen, Timka
2012
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201211199959
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201211199959
Tiivistelmä
Kelatoivat erotusmateriaalit ovat osoittautuneet lupaaviksi haitallisten metallien erottamiseksi vedestä. Puhdistettava vesiliuos sisältää vain harvoin pelkästään erotettavaksi tarkoitettuja metallikationeja, sillä useimmiten mukana on erotusmateriaalien tehokkuutta heikentäviä kationeja. Parantamalla erotusmateriaalin selektiivisyyttä voitaisiin häiritsevien ionien vaikutusta vähentää selvästi.
Kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia ioninleimaustekniikan avulla syntetisoitujen kelatoivien erotusmateriaalien selektiivisyyttä nikkelille, koboltille, lyijylle ja sinkille. Käyttämällä esimerkiksi nikkelitemplaattia materiaalin synteesivaiheessa materiaalin nikkeliselektiivisyys kasvaa verrattuna perinteiseen synteesitekniikkaan. Tässä työssä tutkittiin erotusmateriaaleja, joissa oli käytetty nikkeli- tai lyijytemplaattia, vertaamalla niitä ilman templaattia syntetisoituihin materiaaleihin. Lisäksi erotustehokkuutta verrattiin kaupalliseen erotusmateriaaliin häiritsevien magnesium- ja kalsiumionien tapauksessa.
Lyijyn havaittiin sitoutuvan tehokkaimmin kaikkiin syntetisoituihin materiaaleihin riippumatta nikkelitemplaatin käyttämisestä. Kinetiikkakokeet osoittivat lyijyn sitoutumisnopeudenkin olevan vertailtavista metalleista suurin. Kaikki kokeet suoritettiin huoneenlämpötilassa liuoksen pH-arvon ollessa 7,5.
Nikkelitemplaatin käyttö lisäsi materiaalin selektiivisyyttä nikkelille verrattuna templaatittomaan muuten identtiseen materiaaliin. Kuitenkin materiaalien lyijyselektiivisyys oli huomattavasti nikkeliselektiivisyyttä suurempi. Lyijytemplaatin käyttö ei lisännyt lyijyselektiivisyyttä, mutta materiaalin nikkeliselektiivisyys parantui. Materiaaliin sitoutuneet nikkeli-, koboltti- ja sinkkipitoisuudet jäivät huomattavasti vähäisemmiksi verrattuna kaupalliseen materiaaliin.
Magnesiumin ja kalsiumin tarttumista syntetisoituihin materiaaleihin tutkittiin myös ja tulosten mukaan IIPD2:een ja IIPD2-Methoxiin sitoutui erittäin vähän magnesiumia ja kalsiumia verrattuna kaupalliseen materiaaliin, jonka kalsiumkapasiteetti oli erityisen suuri. Kyseiset materiaalit soveltuvat tulosten perusteella myös häiritseviä ioneja sisältävien liuosten puhdistamiseen. Näin ollen valittujen kahden materiaalin jatkotutkimuksella olisi mahdollista parantaa nikkelikapasiteettia ja -selektiivisyyttä. Chelating separation materials have proven to be promising for removing harmful metals from water. Water solution rarely contains only ions that are meant to be removed and very often there are cations that weaken the efficiency of separation materials. Improving the selectivity of separation material towards targeted metals could clearly reduce the effect of interfering ions.
The purpose of this bachelor’s thesis is to study selectivity of ion imprinted chelating separation materials to nickel, cobalt, lead and zinc. For example the usage of nickel template during material synthesis increases nickel selectivity compared to traditional synthesis technology. In this work separation materials that were synthesized with nickel or lead template were contrasted with materials without template. In addition, separation efficiency of materials was compared to commercial material in presence of disturbing magnesium and calcium ions.
Lead was found to bind with the highest efficiency to all synthesized materials in spite of nickel template. Kinetic study also showed that lead’s binding rate was highest in the group. All of the experiments were carried out in room temperature with solution at pH 7.5.
Usage of nickel template increased material’s selectivity towards nickel compared to identical but non-imprinted material. Nevertheless, lead selectivity was notably higher than nickel selectivity. Usage of lead template did not increase lead selectivity, but instead nickel selectivity improved. The amount of adsorbed nickel, cobalt and zinc in synthesized materials was much below the amount in commercial material.
The adsorption of magnesium and calcium to the materials was also studied and based on the results IIPD2 and IIPD2-Methox adsorbed only small amounts of magnesium and calcium compared to the commercial material, whose calcium capacity was high. According to the results, these two materials are also suitable for cleaning solutions that have disturbing ions. Thus, the two materials would be suitable for further study to improve nickel capacity and selectivity.
Kandidaatintyön tavoitteena oli tutkia ioninleimaustekniikan avulla syntetisoitujen kelatoivien erotusmateriaalien selektiivisyyttä nikkelille, koboltille, lyijylle ja sinkille. Käyttämällä esimerkiksi nikkelitemplaattia materiaalin synteesivaiheessa materiaalin nikkeliselektiivisyys kasvaa verrattuna perinteiseen synteesitekniikkaan. Tässä työssä tutkittiin erotusmateriaaleja, joissa oli käytetty nikkeli- tai lyijytemplaattia, vertaamalla niitä ilman templaattia syntetisoituihin materiaaleihin. Lisäksi erotustehokkuutta verrattiin kaupalliseen erotusmateriaaliin häiritsevien magnesium- ja kalsiumionien tapauksessa.
Lyijyn havaittiin sitoutuvan tehokkaimmin kaikkiin syntetisoituihin materiaaleihin riippumatta nikkelitemplaatin käyttämisestä. Kinetiikkakokeet osoittivat lyijyn sitoutumisnopeudenkin olevan vertailtavista metalleista suurin. Kaikki kokeet suoritettiin huoneenlämpötilassa liuoksen pH-arvon ollessa 7,5.
Nikkelitemplaatin käyttö lisäsi materiaalin selektiivisyyttä nikkelille verrattuna templaatittomaan muuten identtiseen materiaaliin. Kuitenkin materiaalien lyijyselektiivisyys oli huomattavasti nikkeliselektiivisyyttä suurempi. Lyijytemplaatin käyttö ei lisännyt lyijyselektiivisyyttä, mutta materiaalin nikkeliselektiivisyys parantui. Materiaaliin sitoutuneet nikkeli-, koboltti- ja sinkkipitoisuudet jäivät huomattavasti vähäisemmiksi verrattuna kaupalliseen materiaaliin.
Magnesiumin ja kalsiumin tarttumista syntetisoituihin materiaaleihin tutkittiin myös ja tulosten mukaan IIPD2:een ja IIPD2-Methoxiin sitoutui erittäin vähän magnesiumia ja kalsiumia verrattuna kaupalliseen materiaaliin, jonka kalsiumkapasiteetti oli erityisen suuri. Kyseiset materiaalit soveltuvat tulosten perusteella myös häiritseviä ioneja sisältävien liuosten puhdistamiseen. Näin ollen valittujen kahden materiaalin jatkotutkimuksella olisi mahdollista parantaa nikkelikapasiteettia ja -selektiivisyyttä.
The purpose of this bachelor’s thesis is to study selectivity of ion imprinted chelating separation materials to nickel, cobalt, lead and zinc. For example the usage of nickel template during material synthesis increases nickel selectivity compared to traditional synthesis technology. In this work separation materials that were synthesized with nickel or lead template were contrasted with materials without template. In addition, separation efficiency of materials was compared to commercial material in presence of disturbing magnesium and calcium ions.
Lead was found to bind with the highest efficiency to all synthesized materials in spite of nickel template. Kinetic study also showed that lead’s binding rate was highest in the group. All of the experiments were carried out in room temperature with solution at pH 7.5.
Usage of nickel template increased material’s selectivity towards nickel compared to identical but non-imprinted material. Nevertheless, lead selectivity was notably higher than nickel selectivity. Usage of lead template did not increase lead selectivity, but instead nickel selectivity improved. The amount of adsorbed nickel, cobalt and zinc in synthesized materials was much below the amount in commercial material.
The adsorption of magnesium and calcium to the materials was also studied and based on the results IIPD2 and IIPD2-Methox adsorbed only small amounts of magnesium and calcium compared to the commercial material, whose calcium capacity was high. According to the results, these two materials are also suitable for cleaning solutions that have disturbing ions. Thus, the two materials would be suitable for further study to improve nickel capacity and selectivity.