Nghiên cứu điều kiện tách Zirconi và Hafni từ môi trường HClO4 bằng cetyltrimetylamonibromua trong benzen

Bài báo thông báo các kết quả nghiên cứu tách zirconi (Zr) và hafni (Hf) trong môi trường HClO4, sử dụng tác nhân cetyltrimetylamonibromua (CTAB) và thuốc thử xylen da cam (XO). Trước hết là kết quả nghiên cứu xác định nồng độ Hf trong cùng hỗn hợp với Zr bằng hiệu ứng che, kết quả nghiên cứu cho thấy: sử dụng môi trường HClO4 0,038M và H2O2 3,8M có thể che được Zr với hiệu suất khoảng 88%.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu điều kiện tách Zirconi và Hafni từ môi trường HClO4 bằng cetyltrimetylamonibromua trong benzen Chu Mạnh Nhương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 102(02): 3 - 7 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN TÁCH ZIRCONI VÀ HAFNI TỪ MÔI TRƯỜNG HClO4 BẰNG CETYLTRIMETYLAMONIBROMUA TRONG BENZEN Chu Mạnh Nhương* Trường Đại học Sư phạm – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo thông báo các kết quả nghiên cứu tách zirconi (Zr) và hafni (Hf) trong môi trường HClO4, sử dụng tác nhân cetyltrimetylamonibromua (CTAB) và thuốc thử xylen da cam (XO). Trước hết là kết quả nghiên cứu xác định nồng độ Hf trong cùng hỗn hợp với Zr bằng hiệu ứng che, kết quả nghiên cứu cho thấy: sử dụng môi trường HClO4 0,038M và H2O2 3,8M có thể che được Zr với hiệu suất khoảng 88%. Từ đó, xây dựng các đường chuẩn xác định nồng độ (Zr+Hf) và Hf ở các bước sóng tương ứng là 550,5 nm, 434,5 nm trong khoảng nồng độ tuyến tính đều từ 0,2 đến 1 ppm. Đặc biệt, bài báo đã chỉ ra các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ axit, tác nhân chiết và các muối KClO4, KBr đến khả năng tách Zr/Hf, cụ thể là: sử dụng môi trường chiết là HClO4 0,13M cho hệ số tách (S) khá cao là 9,4; nồng độ CTAB/C6H6 là 0,004M cho hệ số tách là 2,6 và ở cùng nồng độ 0,015M thì muối KClO4 (với S=4,1) có ảnh hưởng tích cực hơn so với KBr (với S=2,3) đến khả năng tách Zr/Hf. Từ khóa: tách, zirconi, hafni, HClO4, CTAB, H2O2, XO. GIỚI THIỆU* Zirconi và hafni là cặp nguyên tố đồng hành (thuộc nhóm IVB, bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học) có tính chất hóa học rất giống nhau [1,2]. Vì vậy việc tách chúng ra khỏi nhau là một vấn đề rất khó khăn. Trên thế giới, phương pháp chiết lỏng-lỏng là một trong những phương pháp tách khá phổ biến và thường kết hợp với phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử [3,4]. Trong các hệ chiết, các tác nhân: cetyltrimetylamonibromua, primene JMT, amberlite LA – 1, amberlite LA – 2, aliquat – 336S, trioctylamin...đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu để tách Zr và Hf trong các môi trường axit khác nhau [5,6,7]. Tuy nhiên phức giữa Zr, Hf và các tác nhân trên thường không có màu trong vùng UV- Vis, vì vậy khi nghiên cứu tách Zr và Hf đòi hỏi sử dụng các máy móc rất hiện đại. Hiện nay, xylen da cam là một thuốc thử hữu cơ có độ nhạy, độ chọn lọc khá cao để tạo phức màu đối với các vết vi lượng của các ion kim loại có số oxi hóa lớn trong đó có Zr(IV), Hf(IV) [8]. Các phức màu ZrXO, HfXO có phổ hấp thụ xen phủ nhau. Tuy nhiên tác nhân H2O2 có thể gây hiệu ứng che sự tạo phức của Zr mà không che tạo phức của Hf với XO. Trong bài báo này, chúng tôi sử dụng XO, * Tel: 0986 519251, Email: chumanhnhuongkhoahoa@gmail.com H2O2 để xác định nồng độ Zr, Hf bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử sau khi chiết chúng bằng CTAB trong môi trường HClO4. THỰC NGHIỆM Thiết bị, dụng cụ, hóa chất Máy quang phổ UV – Vis 1700 (Nhật Bản). Phễu chiết và các dụng cụ dùng trong phân tích thể tích. Dung dịch chuẩn hỗn hợp (Zr và Hf )20ppm, CTAB, C6H6, HClO4, XO, H2O2, KClO4, KBr đều có độ tinh khiết phân tích. Phương pháp Phương pháp che: chuẩn bị dung dịch Zr 0,5ppm, Hf 0,5ppm trong môi trường axit HClO4 0,036M, tiến hành tạo phức màu với thuốc thử XO 0,05%. Chia dung dịch thành 2 phần bằng nhau. Phần 1: thêm H2O2 để che phức ZrXO, sau đó đo độ hấp thụ quang của HfXO ở bước sóng 434,5nm. Phần 2: thêm HClO4 0,036M đến thể tích bằng phần 1, sau đó đo độ hấp thụ quang của dung dịch (ZrXO + HfXO) ở bước sóng 550,5nm [7]. Xây dựng đường chuẩn: để xác định nồng độ Hf và (Zr+Hf), chúng tôi đo độ hấp thụ quang của dung dịch (ZrXO+HfXO) có nồng độ từ 0,2 đến 1 ppm trong môi trường HClO4 3 Chu Mạnh Nhương Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 0,036M có và không có H2O2 ở bước sóng tương ứng là 434,5nm, 550,5nm. Phương pháp chiết: với mỗi thí nghiệm chiết sử dụng pha nước là hỗn hợp Zr 0,5 ppm, Hf 0,5ppm trong môi trường HClO4 ; tỉ lệ pha nước và pha hữu cơ là 1:1; thời gian lắc và cân bằng hai pha đều là 20 phút [5,6]. Sau khi tách hai pha, lấy pha nước thực hiện phản ứng tạo màu với XO, chia dung dịch thành hai phần bằng nhau. Phần 1 để xác định nồng độ (Zr + Hf), phần 2 để xác định nồng độ Hf trên cơ sở đo độ hấp thụ quang của các dung dịch màu. Các giá trị độ hấp thụ quang được dùng để tính hiệu suất chiết (%Ex), hệ số phân bố (D), hệ số tách (S) của Zr và Hf. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Khảo sát các điều kiện đo độ hấp thụ quang của phức ZrXO, HfXO Tiến hành đo phổ hấp thụ quang của thuốc thử và phức màu khi có và không có H2O2. Kết quả được chỉ ra ở hình 1. Từ hình 1 cho thấy: Thuốc thử XO và các phức ZrXO, HfXO trong môi trường HClO4 khi không có H2O2 cho bước sóng hấp thụ cực đại lần lượt là 544nm, 550,5nm; còn khi dung b 102(02): 3 - 7 dịch có thêm H2O2 thì tương ứng là 436 nm, 434,5 nm. Như vậy, khi không có hoặc có H2O2 thì lượng dư thuốc thử XO đều ảnh hưởng đến việc xác định Zr, Hf. Kết quả xác định nồng độ thuốc thử XO cho thấy với giá trị XO 5,7.10-5M thì kết quả xác định Zr, Hf cho độ tin cậy và độ lặp lại cao. Khi tăng nồng độ HClO4 từ 0,030 đến 0,075M thì độ ...