Nghiên cứu quá trình trùng hợp poly(hydroxamic axit) từ acrylamit và vinylsunfonic axit ñể tách kim loại đất hiếm neodym, xeri

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Công Nghệ Hoá
- - - - -o0o- - - - -

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
ðề tài: Nghiên cứu quá trình trùng hợp poly(hydroxamic
axit) từ acrylamit và vinylsunfonic axit ñể tách kim loại
ñất hiếm Neodym, Xeri

Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Thị Thanh Mai
TS. Trịnh ðức Công

Hà Nội – 2015

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp này ñược thực hiện tại Phòng vật liệu polyme Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Việt Nam.

Em xin trân thành cảm ơn TS. Trịnh ðức Công ñã hướng dẫn tận tình
và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới cô Nguyễn Thị Thanh Mai cùng toàn
thể các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Hóa học-Trường ðại học Công
Nghiệp Hà Nội ñã truyền ñạt cho em những kiến thức bổ ích và tạo mọi ñiều
kiện ñể em có khả năng hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin cảm ơn các thầy, các cô và các anh chị thuộc phòng vật liệu
polyme - Viện hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam ñã
dạy bảo, giúp ñỡ, ñộng viên và tạo ñiều kiện cho em hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 08 tháng 05 năm 2015

i

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
VSA:

Vinylsulfonic axit

APS:

Amoni pesunfat

PVSA:

Poly(vinylsulfonic axit)

IR:

Phổ hồng ngoại

KLPT:

Khối lượng phân tử trung bình

PHA-VSA: Poly(vinylsulfonic axit-acrylamit)
MBA:

N,N’- metylenebisacrylamit

APS:

Amoni pesunfat

NTðH:

Nguyên tố ñất hiếm

KLðH:

Kim loại ñất hiếm

PHA:

Poly(hydroxamic axit)

EDTA:

ethylen – triamintetra – axetic axit

ii

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Hợp chất acrylamit ......................................................................... 9
Hình 1.2: Vinylsunfonic axit ........................................................................ 10
Hình 1.3: Poly (Hydroxamic axit) ................................................................ 11
Hình 1.4: Nhóm chức hyroxamic ở dạng tautome hóa giữa xeton và enol .... 11
Hình 1.5: Cơ chế phản ứng giữa PHA và ion KLðH.................................... 12
Hình 2.1: Phản ứng ñồng trùng hợp p(AM-co-VSA).................................... 22

Hình 2.2: Sơ ñồ biến tính tổng hợp PHA...................................................... 23
Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của VSA.............................................................. 34
Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của acrylamit....................................................... 34
Hình 3.6: Một số hình ảnh SEM của p(AM-co-VSA)................................... 36
Hình 3.7: Ảnh hưởng của nồng ñộ ñến quá trình hấp phụ Nd3+, Ce4+ ........... 37
Hình 3.8: Ảnh hưởng của pH ñến khả năng hấp phụ của nhựa ..................... 38
Hình 3.9: Ảnh hưởng của thời gian ñến khả năng hấp phụ của nhựa ............ 38

iii

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Tính chất vật lý của Nd và Ce ...................................................... 14
Bảng 3.1: Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và thời gian phản ứng ñến quá trình ñồng
trùng hợp VSA và AM ................................................................................. 29
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng ñộ chất khơi mào và thời gian phản ứng ñến
quá trình ñồng trùng hợp p(AM- co-VSA) ................................................... 31
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của hàm lượng chất tạo lưới....................................... 32
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của chất hoạt ñộng bề mặt ñến quá trình ñồng trùng hợp
..................................................................................................................... 33

iv

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT......................................ii
MỤC LỤC ..................................................................................................... v
MỞ ðẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................... 2
1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẢN ỨNG ðỒNG TRÙNG HỢP......... 2
1.1.1. Trùng hợp huyền phù.................................................................... 4
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trùng hợp huyền phù ............ 8
1.2. ACRYLAMIT (AM) ........................................................................... 9
1.3. VINYLSUNFONIC AXIT (VSA) ..................................................... 10
1.4. POLY(HYDROXAMIC AXIT) (PHA) ............................................. 10
1.5. NGUYÊN TỐ ðẤT HIẾM NEODYM, XERI................................... 14
1.6. HẤP PHỤ.......................................................................................... 17
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM.................................................................... 21
2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ, THIẾT BỊ................................................. 21
2.1.1. Hóa chất...................................................................................... 21
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị ......................................................................... 21

2.2. PHƯƠNG PHÁP TIẾN HÀNH......................................................... 22
2.1.1. ðồng trùng hợp........................................................................... 22
2.2.3. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trùng hợp p(AMco-VSA) bằng phương pháp huyền phù................................................ 23
2.2.4. Quá trình hấp phụ Nd3+, Ce4+ bằng PHA ..................................... 24
2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ðÁNH GIÁ ..................................... 25
2.3.1. Hàm lượng phần gel theo khối lượng.......................................... 25
2.3.2. Phổ hồng ngoại ........................................................................... 25
2.3.3. Phương pháp hiển vi ñiện tử SEM .............................................. 26
2.3.4. ðộ hấp phụ ................................................................................. 26
v

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

2.3.5. Phương pháp ICP-MS................................................................. 27
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................ 29
3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ðỘ VÀ THỜI GIAN PHẢN ỨNG ..... 29
3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ðỘ CHẤT KHƠI MÀO VÀ THỜI
GIAN PHẢN ỨNG .................................................................................. 30
3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA HÀM LƯỢNG CHẤT TẠO LƯỚI.................. 32
3.4. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ỔN ðỊNH HUYỀN PHÙ ðẾN QUÁ
TRÌNH PHẢN ỨNG ................................................................................ 32
3.6. ðẶC TÍNH HÓA LÝ CỦA SẢN PHẨM .......................................... 33
3.6.1. Phổ hồng ngoại ........................................................................... 33

3.6.2. SEM ........................................................................................... 36
3.7. KHẢO SÁT NỒNG ðỘ ðẦU ẢNH HƯỞNG ðẾN ðỘ HẤP PHỤ
CỦA NHỰA ............................................................................................ 36
3.8. ẢNH HƯỞNG CỦA pH ðẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA NHỰA
………………………………………………………………………….37
3.9. ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ðẾN KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA
NHỰA...................................................................................................... 38
KẾT LUẬN.................................................................................................. 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 41

vi

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

MỞ ðẦU
Trong những năm gần ñây, cùng với sự phát triển của khoa học và công
nghệ, thì vật liệu polyme cũng ñược nghiên cứu và ứng dụng vào ñời sống
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong số ñó, nhựa có chứa nhóm chức
hydroxamic axit có nhiều ứng dụng quan trọng và thiết thực trong thực tế.
Nhựa poly(hydroxamic axit) ñược sử dụng như nhựa trao ñổi ion trong xử lí
nước, dùng ñể thu hồi các ion kim loại, hoặc dùng ñể tách các ion kim loại
nặng và kim loại ñất hiếm rất hiệu quả.
Hiện nay, có rất nhiều các phương pháp khác nhau ñể chế tạo nhựa

trong thành phần có chứa nhóm chức hydroxamic axit như: ñi từ
polyacrylamit,

polyacrylic

axit,

polymetylacrylat…hoặc

ñi

từ

acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong ñiều kiện thích hợp. Trong ñó,
có phương pháp ñi từ poly(acrylamit-co-vinylsulfonic axit) ñang ñược nghiên
cứu và sử dụng nhiều. Và có thể theo nhiều phương pháp tiến hành khác nhau
như: trùng hợp dung dịch, trùng hợp huyền phù, trùng hợp nhũ tương, trùng
hợp khối... theo cơ chế gốc tự do. Trong ñó có phương pháp trùng hợp huyền
phù thường ñược sử dụng trong phòng thí nghiệm vì sản phẩm có khả năng
hấp phụ, giải hấp hiệu quả nguyên tố ñất hiếm, và không thể không kể ñến hai
nguyên tố ñất hiếm quan trọng Neodym, Xeri.
Vì vậy, ñề tài khóa luận tốt nghiệp của em là: “nghiên cứu quá trình
trùng hợp poly(hydroxamic axit) từ acrylamit và vinylsulfonic axit ñể tách
kim loại ñất hiếm Neodym, Xeri” với những vấn ñề chủ yếu là :
•

Tổng hợp poly(hydroxamic axit) và nghiên cứu các yếu tố ảnh

hưởng ñến quá trình tổng hợp (nhiệt ñộ, nồng ñộ chất khơi mào, nồng ñộ
monome, thời gian phản ứng).

•

Bước ñầu nghiên cứu sử dụng copolyme thu ñược ñể ñể hấp phụ

một số ion kim loại Nd(III), Ce(IV) làm tiền ñề cho việc sử dụng PHA trong
việc tách các nguyên tố ñất hiếm nhóm nhẹ.
1

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHẢN ỨNG ðỒNG TRÙNG HỢP

Quá trình ñồng trùng hợp là quá trình trùng hợp hai hay nhiều monome
mà sản phẩm polyme sinh ra có các mắt xích monome sắp xếp ngẫu nhiên
(copolyme ngẫu nhiên), sắp xếp luân phiên ñều ñặn, hoặc các mắt xích
monome khác nhau tạo thành các ñoạn mạch khác nhau trên polyme [6]. ðại
phân tử nhận ñược từ quá trình ñồng trùng hợp ñược gọi là copolyme. Thành
phần cấu tạo của copolyme chứa các mắt xích tạo nên từ các monome ban ñầu
liên kết với nhau tuân theo một trật tự nhất ñịnh.
Phản ứng ñồng trùng hợp thường ñược sử dụng ñể chế tạo các vật liệu
polyme có các tính chất lý hoá cần thiết mà phản ứng trùng hợp không thể có
ñược [10]. ðể ñạt ñược sản phẩm theo yêu cầu, cẩn phải nghiên cứu, lựa chọn

nguyên liệu ban ñầu, phương pháp trùng hợp thích hợp.
Tỷ lệ các cấu tử ban ñầu có mặt trong sản phẩm nhận ñược từ quá trình
ñồng trùng hợp thay ñổi trong giới hạn rộng tuỳ thuộc vào khả năng hoạt hoá
của các monome ban ñầu tham gia phản ứng [11,12].
Việc xác ñịnh khả năng phản ứng của các monome trong quá trình
ñồng trùng hợp có ý nghĩa thực tế hàng ñầu. Khi biết ñược ñiều này có thể
xác ñịnh và tính toán ñược diễn biến của toàn bộ quá trình ñồng trùng hợp.
Trước hết, xét các hằng số ñồng trùng hợp và các phương pháp xác
ñịnh giá trị số học của chúng.
Khả năng phản ứng của các monome và các hằng số ñồng trùng hợp
Phản ứng phát triển

Tốc ñộ phản ứng

•

R1

•

(1.1)

K11. [R1 ] [M1]

•

R2

•

(1.2)

K12. [R1 ] [M2]

R1 + M1
R1 + M2

•

•

2

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

•

R1

•

(1.3)

K21. [R2 ] [M1]

•

R2

•

(1.4)

K22. [R2 ] [M2]

•

là các gốc phát triển

R2 + M1
R2 + M2
•

R1 và R2

ở ñây:

M1 và M2

•

•

là các phân tử monome

K11, K12, K21, K22 là các hằng số tốc ñộ phản ứng.
Tốc ñộ tiêu thụ các monome M1 và M2 trong quá trình ñồng trùng hợp
ñược xác ñịnh:

−

d [M 1 ]
=
dt

K 11 [ R1• ][ M 1 ]

+

K 21 [ R2• ][ M 1 ]

(1.5)

−

d [M 2 ]
=
dt

K12 [ R1• ][ M 2 ]

+

K 22 [ R2• ][ M 2 ]

(1.6)

Từ phương trình (1) và (2) ta nhận ñược:

d [M 1

]
d [M 2 ]

=

K 11 [R 1• ][M 1 ]

+ K 21 [R •2 ][M 1 ]

K 12 [R 1• ][M 2 ]

+ K 22 [R •2 ][M 2 ]
•

(1.7)

•

Ở trạng thái dừng, nồng ñộ của các gốc R1 và R2 có thể xem gần
như không ñổi.
•

•

K12. [R1 ] [M2] = K21. [R2 ] [M1]

(1.8)

Từ (7) và (8) ta có:

[M 1 ]
+1
K 12 [ M 2 ]
K 22 [ M 2 ]
1+
x
K 21 [ M 1 ]
K 11

d [M 1

]
d [M 2 ]

=

x

(1.9)

3

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

d [M 1

]
d [M 2 ]
ở ñây: r1 =

K 11
K 12

=

[M 1 ]
[M 2 ]

, r2 =

K 22
K 21

x

r1 [ M 1 ] + [ M 2

]
[M 1 ]+ r 2 [M 2 ]

(1.10)

; r1, r2 gọi là hằng số ñồng trùng hợp.

Khi ñồng trùng hợp hai monome, có thể có các tỉ lệ hằng số ñồng trùng
hợp sau:
•

•

r1 < 1, r2 > 1, tức là K12 > K11 và K22 > K21, gốc R1 và R2 phản ứng
với M2 dễ hơn với M1.
•

•

r1 > 1 và r2 < 1, tức là K12 < K11 và K22 < K21, gốc R1 và R2 phản ứng
với M1 dễ hơn với M2.
•

r1 < 1 và r2 < 1, tức là K12 > K11 và K22 < K21, gốc R1 dễ phản ứng với
•

M2, còn gốc R2 dễ phản ứng với M1.
r1 > 1 và r2 > 1 trường hợp này rất ít gặp, K11 > K12 và K22 > K21, nghĩa

•

•

là gốc R1 dễ phản ứng với M1 và gốc R2 dễ phản ứng với M2.
•

•

r1 = r2 = 1, rất ít gặp, gốc R1 và R2 ñồng nhất dễ phản ứng với cả hai
monome [9].
Có rất nhiều phương pháp xác ñịnh hằng số ñồng trùng hợp như:
phương pháp Xacat [13-16], phương pháp tổ hợp các ñường cong, phương
pháp tương giao các ñường thẳng, phương pháp tích phân của Maiô - Liuxơ,
phương pháp Kelen - Tudos, phương pháp Fineman – Ross.
1.1.1. Trùng hợp huyền phù
Một lượng lớn polyme nhân tạo ñặt biệt là những chất dẻo tổng hợp
ñược sản xuất bằng phương pháp huyền phù. Thuật ngữ trùng hợp huyền phù
ñược áp dụng trong hệ thống mà ở ñó monome không hòa tan trong nước
hoặc các monome tan trong nước mà không tan trong dung môi hữu cơ. Trong
4

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

thực tế thuật ngữ trên còn tùy thuộc vào bản chất của monome mà ta chọn
nước hay dung môi hữu cơ là pha liên tục. Các hạt huyền phù là những hạt
lỏng lơ lửng trong pha liên tục [4].
Trong trùng hợp huyền phù chất khơi mào ñược hòa tan trong pha
monome, mà ñã ñược phân tán thành môi trường phân tán ñể hình thành giọt.
ðộ hòa tan của pha monome phân tán (giọt) cũng như monome sản phẩm
trong môi trường phân tán thường rất thấp [7]. Phần thể tích của pha monome
thường nằm trong khoảng từ 10% ñến 50%. Phản ứng trùng hợp có thể ñược
tiến hành với thể tích monome thấp hơn nhưng thường không hiệu quả về mặt
kinh tế [17]. Ở phần thể tích cao hơn, nồng ñộ của pha liên tục có thể không
ñủ ñể lấp ñầy không gian giữa các giọt. Quá trình trùng hợp không pha giọt,
và trong hầu hết trường hợp xảy ra theo cơ chế gốc tự do. Trùng hợp huyền
phù thường yêu cầu thêm vào một lượng chất ổn ñịnh ñể chống keo tụ và
phân tán các giọt ban ñầu vì thế cũng ảnh hưởng ñến hạt polyme tạo thành,
phụ thuộc vào cân bằng giữa các hạt ñược phân tán và các hạt bị keo tụ. ðiều
này có thể khống chế bằng cách sử dụng các hạt và tốc ñộ khuấy khác nhau,
phần thể tích của pha monome, loại và nồng ñộ chất ổn ñịnh ñược sử dụng.
Hạt polyme có ứng dụng nhiều trong công nghệ như chất dẻo ñúc. Tuy nhiên
ứng dụng nhiều nhất của chúng là trong môi trường phân tích sắc ký (như
nhựa trao ñổi ion và làm kém hoạt ñộng của enzym) [18]. Các ứng dụng này
thường yêu cầu diện tích bề mặt lớn, ñiều cần thiết ñể hình thành các lỗ xốp
(với kích thước yêu cầu) trong cấu trúc hạt.
Hạt polyme có thể ñược làm xốp bằng cách cho dung dịch chất pha
loãng trơ (porogen ) vào pha monome, có thể chiết ra sau khi trùng hợp. Có
thể bổ sung vào pha monome chất ổn ñịnh UV (xeton và este vòng), chất ổn
ñịnh nhiệt (dẫn xuất etylen oxit và muối vô cơ kim loại), chất bôi trơn và tạo
bọt (porogen).
Thuật ngữ trùng hợp huyền phù ñược áp dụng trong hệ thống mà ở ñó
các monome không hoà tan trong nước và trùng hợp huyền phù ngược là các

monome tan trong nước mà không tan trong dung môi hữu cơ [20,21]. Trong
5

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

thực tế thuật ngữ trên ñược sử dụng tuỳ thuộc vào bản chất của monome mà
ta chọn nước hay dung môi hữu cơ là pha liên tục. Các hạt huyền phù là
những hạt lỏng lơ lửng trong pha liên tục. Chất khơi mào có thể hoà tan trong
monome lỏng hoặc pha liên tục. Cũng có thể gọi quá trình trùng hợp huyền
phù là quá trình trùng hợp hạt vì nó là biến thể của quá trình trùng hợp khối,
trùng hợp dung dịch [19]. Trong quá trình trùng hợp huyền phù có sử dụng
chất hoạt ñộng bề mặt và các chất ổn ñịnh huyền phù.
Chất ổn ñịnh polyme sử dụng trong trùng hợp huyền phù ngược gồm các
copolyme khối poly-(hydroxyl-stearic axit)-co-poly(etylen oxit) [22,23]. Chất
hoạt ñộng bề mặt sử dụng trong huyền phù dầu trong nước gồm Span, Tween
và các chất nhũ hoá anion (natri 12-butinoyloxy-9-octadecanat), các keo bảo
vệ như gelatin [24].
Một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới trùng hợp huyền phù
là quá trình khuấy, chất hoạt ñộng bề mặt và chất ổn ñịnh huyền phù. Kích
thước của các hạt polyme nhận ñược có ñường kính trong phạm vi nhỏ và phụ
thuộc vào loại thiết bị phản ứng và tốc ñộ khuấy.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, ñộng học phản ứng trong trùng hợp huyền
phù rất giống với ñộng học của trùng hợp khối (khi không có chất pha loãng

monome nào). Quan sát này ñề xuất rằng trong trùng hợp huyền phù, ñiều
kiện nhũ hoá (ñiều kiện khuấy, kích thước và nồng ñộ hạt nhũ tương/loại chất
ổn ñịnh) có rất ít ảnh hưởng ñến ñộng học. Hơn nữa, có thể kết luận rằng bất
kỳ sự chuyển khối lượng nào giữa hai pha trong nhũ tương cũng không ảnh
hưởng ñến vận tốc phản ứng. Trở ngại lớn chủ yếu trong thiết kế phản ứng
trùng hợp huyền phù. Vì vậy, là sự hình thành nhũ tương ổn ñịnh, ưu tiên có
phân bố kích thước ñồng nhất. Hạt monome ñủ lớn ñể bao gồm lượng lớn gốc
tự do (có thể nhiều khoảng 108) và ñiều ñó giải thích tại sao trùng hợp huyền
phù nói chung có cơ chế tương tự như trùng hợp khối, ñặc biệt là khi polyme
hoà tan trong monome.
Trùng hợp huyền phù ñược áp dụng trong hệ thống mà ở ñó các
monome không hoà tan trong nước và trùng hợp huyền phù ngược là các
6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

monome tan trong nước mà không tan trong dung môi hữu cơ. Trong thực tế
thuật ngữ trên ñược sử dụng tuỳ thuộc vào bản chất của monome mà ta chọn
nước hay dung môi hữu cơ là pha liên tục. Các hạt huyền phù là những hạt
lỏng lơ lửng trong pha liên tục. Chất khơi mào có thể hoà tan trong monome
lỏng hoặc pha liên tục. Cũng có thể gọi quá trình trùng hợp huyền phù là quá
trình trùng hợp hạt vì nó là biến thể của quá trình trùng hợp khối, trùng hợp
dung dịch. Trong quá trình trùng hợp huyền phù có sử dụng chất hoạt ñộng

bề mặt và các chất ổn ñịnh huyền phù.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, ñộng học phản ứng trong trùng hợp huyền
phù rất giống với ñộng học của trùng hợp khối, trùng hợp dung dịch. Trong
trùng hợp huyền phù thì sự hình thành nhũ tương ổn ñịnh và sự phân bố kích
thước ñồng nhất ñược ưu tiên. Khi các giọt monome ñủ lớn ñể bao gồm
lượng lớn gốc tự do thì phản ứng trong giọt như là phản ứng trong khối hay
dung dịch và ñiều ñó giải thích tại sao trùng hợp huyền phù nói chung có cơ
chế tương tự như trùng hợp khối và trùng hợp dung dịch.
Phương pháp trùng hợp huyền phù có thuận lợi là quá trình truyền
nhiệt rất tốt, có ñộ an toàn cao, trọng lượng phân tử polyme thu ñược lớn và
có thể tiến hành ở nồng ñộ monome cao. Tuy nhiên phương pháp này cũng có
nhược ñiểm so với phương pháp trùng hợp khối là phải có công ñoạn tách và
làm khô sản phẩm ra khỏi pha liên tục và cấu tử ñược sử dụng ñể phân tán và
chống sự kết tụ những hạt monome có thể bị hấp phụ lên bề mặt sản phẩm
polyme.
*Khơi mào bằng các muối pesunfat
Các muối pesunfat như kali pesunfat, natri pesunfat hay amoni pesunfat
thường ñược sử dụng ñể khơi mào quá trình trùng hợp và ñồng trùng hợp gốc
tự do.
Dung dịch amoni pesunfat bị phân huỷ theo thời gian khoảng một vài
tháng. Nếu nhiệt ñộ cao thì sự phân huỷ càng nhanh. Ngoài ra nó còn bị phân
huỷ trong không khí ẩm và trong rượu. Sự phân huỷ của pesunfat trong dung
dịch nước theo các phản ứng sau.
7

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

2−
S2 O8 + H2O

2 HSO −4 + 1/2 O2

(1.11)

H2S2O8 + H2O

H2SO4 + H2SO5

(1.12)

H2SO5 + H2O

H2O2 + H2SO4

(1.13)

Trong môi trường kiềm, trung tính và axit loãng thì pesunfat bị phân
huỷ theo phản ứng (1.11) còn môi trường axit mạnh thì xảy ra theo phản ứng
(1.12, 1.13). Bậc của phản ứng phân huỷ pesunfat trong nước là bậc nhất và
phản ứng này ñược xúc tác bởi ion H+. Người ta ñã chứng minh rằng trong
môi trường kiềm và nước thì pesunfat phân huỷ nhiệt tạo thành gốc tự do ion
pesunfat và năng lượng hoạt hoá của quá trình này là 35,5 kcal/mol.
Khi ñun nóng dung dịch muối pesunfat, nó sẽ phân hủy ñể tạo gốc

sunfat cùng các phân tử gốc tự do khác. I. M. Kolhoff, I. K. Miller ñề nghị cơ
chế ñối với sự phân huỷ nhiệt của pesunfat trong dung dịch nước.
S2O82-

2SO4•-

2SO4•- + 2 H2O
•

2 HO

(1.14)
•

2HSO4- + 2 HO

(1.15)

H2O + 1/2 O2

(1.16)

Các gốc tự do {SO4-• và OH•} sẽ tham gia vào quá trình khơi mào phản
ứng trùng hợp và ñồng trùng hợp.
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình trùng hợp huyền phù

Quá trình trùng hợp bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: nhiệt ñộ phản ứng,
nồng ñộ chất khơi mào, nồng ñộ monome và dung môi.
• Ảnh hưởng của nhiệt ñộ: Nói chung tất cả các phản ứng trùng hợp ñều là

phản ứng toả nhiệt, khi tăng nhiệt ñộ, tốc ñộ phản ứng tăng và phụ thuộc vào
hiệu ứng nhiệt [25]. Khi nhiệt ñộ tăng thì làm tăng vận tốc của tất cả các phản
ứng hoá học kể cả các phản ứng cơ sở trong quá trình trùng hợp. Việc tăng

vận tốc quá trình làm hình thành các trung tâm hoạt ñộng và vận tốc phát triển
mạch lớn, do ñó làm tăng quá trình chuyển hoá của monome thành polyme và

8

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

ñồng thời cũng làm tăng vận tốc của phản ứng ñứt mạch dẫn ñến làm giảm

trọng lượng phân tử trung bình của polyme nhận ñược.
•

Ảnh hưởng của nồng ñộ chất khơi mào: Khi tăng nồng ñộ chất khơi

mào, số gốc tự do tạo thành khi phân huỷ tăng lên dẫn tới làm tăng số trung
tâm hoạt ñộng, do ñó vận tốc quá trình trùng hợp chung tăng. Nhưng khi ñó
khối lượng phân tử trung bình của polyme tạo thành giảm.
•

Ảnh hưởng của nồng ñộ monome: Khi tiến hành trùng hợp trong

dung môi hay trong môi trường pha loãng vận tốc của quá trình và trọng
lượng phân tử trung bình tăng theo nồng ñộ của monome. Nếu monome bị
pha loãng nhiều có khả năng xảy ra phản ứng chuyển mạch do ñó làm giảm
trọng lượng phân tử trung bình của polyme.
•

Ảnh hưởng của dung môi: Ảnh hưởng của dung môi ñến quá trình

phản ứng có thể là do các yếu tố: ñộ phân cực, hoặc là do xảy ra phản ứng
giữa polyme với dung môi, phản ứng monome với dung môi, hoặc giữa mạch
ñang phát triển với dung môi. Dung môi có khả năng phân tán, khuếch tán,

kiểm soát phản ứng chuyển mạch. Các phản ứng hoá học có thể kiểm soát khi
có mặt của dung môi như là phát triển phản ứng tạo gốc tự do trong quá trình
trùng hợp, ñây là một yếu tố ảnh hưởng quan trọng không theo mong muốn.
1.2. ACRYLAMIT (AM)
O

H
C
H

C

C

NH2

H

Hình 1.1: Hợp chất acrylamit

- Acrylamit là một hợp chất hóa học có công thức hóa học C3H5NO, tên
thay thế là prop-2-3enamit.
- Tính chất vật lý : là chất bột màu trắng, không mùi, tinh thể rắn, hòa
tan trong nước, etanol, ete và clorofom.

9

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

- Tính chất hóa học: Acrylamit phân hủy khi có mặt của axit, bazo, chất
oxy hóa, sắt và muối sắt. Nó phân hủy không nhiệt ñể tạo thành amoniac và
phân hủy nhiệt tạo ra khí cacbon monoxit, cacbon ñioxit và các oxit nitơ.
1.3. VINYLSUNFONIC AXIT (VSA)

O

O
S

H2C
CH

OH

Hình 1.2: Vinylsunfonic axit

- Axit Vinylsulfonic là hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh, có công thức
hóa học là C2H4O3S, tên thay thế là ethenesulfonic acid [30].
- Vinylsulfonic axit (VSA) có công thức hóa học CH2=CHSO3H, là hợp
chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, là monomer vinyl ñơn giản nhất có chứa gốc
sulfonic axit.
- Là chất lỏng không màu, có phản ứng trùng hợp ñể tạo
poly(vinylsulfonic axit) (PVS) và ñồng trùng hợp tạo copolyme. PVS mang
tính axit.
- Vinylsulfonic axit (VSA) là chất có khả năng phân ly axit cao và ñộ
dẫn ion cao (0,04 - 0,11 S.cm-1).
- Nó ñược sử dụng rộng rãi như là nhựa trao ñổi ion, màng dẫn proton, là
chất xúc tác cho các phản ứng tổng hợp axit, là một tác nhân phân tán nước
cho các vật liệu carbon, và là một tác nhân axit ñể tổng hợp các polyme, do nó
có ñộ phân ly thành ion lớn, hàm lượng proton cao [26,27].
- Nó ñược ñiều chế bằng cách khử nước của axit isethionic :
HOC2H4SO3H → CH2CHSO3H + H2O.

1.4. POLY(HYDROXAMIC AXIT) (PHA)

Công thức cấu tạo ñơn giản của poly (Hydroxamic axit):

10

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

O
C

CH3

C

CH3

P

O

Hình 1.3: Poly (Hydroxamic axit)

Trong ñó, P là polime xương sống.
Trong thành phần của nhựa PHA chứa 2 nhóm chức chính là –CONHOH
và –COOH. Nhóm –COOH có trong thành phần nhựa là vì trong quá trình
thủy phân một phần –CONHOH ñã bị thủy phân tạo thành –COOH.
Poly(hydroxamic axit) ñược tổng hợp theo nhiều phương pháp khác
nhau như: ñi từ polyacrylamit, poly(acrylic axit), poly(metylacrylat)…hoặc ñi

từ acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong ñiều kiện thích hợp [28].
Sau quá trình tổng hợp thu ñược nhựa PHA có thành phần nguyên tố của
poly (hydroxamic axit) chứa chủ yếu 4 nguyên tố: C, H, N, O. Trong ñó gồm
44,69% C, 6,68% H, 16,05% N, 31,46% O. Ta thấy hàm lượng nguyên tố N
và O cao hơn nhiều so với H cho thấy mức ñộ chuyển ñổi cao của các nhóm
axit hydroxmic.
Poly(hydroxamic axit) là loại polyme có khả năng tạo phức vòng càng
bền với nhiều ion kim loại khác nhau. Nhóm hydroxamic axit trong polyme
có công thức chung là RCO-RHOH (R là ankyl hoặc aryl) và xuất hiện ở hai
dạng tautome hóa giữa xeton và enol như trong hình 1.4
OH

O
C

C

NH OH

N

OH

Hình 1.4: Nhóm chức hyroxamic ở dạng tautome hóa giữa xeton và enol

Giai ñoạn tách và tinh chế có thể sử dụng phương pháp sắc ký trao ñổi
ion, trong ñó chất nhồi cột là PHA ñóng vai trò làm pha tĩnh và pha ñộng là
dung dịch muối của kim loại cần tách và tinh chế.
Nhóm hydroxamic axit của polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit) có
khả năng tạo phức vòng càng ñối với nhiều ion kim loại [29]. Trên cơ sở ñó

ñã có nhiều nghiên cứu ñược tiến hành nhằm tổng hợp và ứng dụng
11

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

poly(hydroxamic axit) trong việc tách, chiết và tinh chế các kim loại quý như
các nguyên tố phóng xạ U, Nd.., sử dụng tách các nguyên tố ñất hiếm ra khỏi
hỗn hợp.
Cơ chế phản ứng giữa nhựa PHA với ion KLðH ñược biểu diễn trong
hình hình 1.5.

Hình 1.5: Cơ chế phản ứng giữa PHA và ion KLðH

So với phương pháp sử dụng nhựa trao ñổi ion các polyme trên cơ sở
poly(hydroxamic axit) có khả năng tách tốt hơn, ñiều này vì nhựa trao ñổi ion
chỉ ñơn thuần có khả năng trao ñổi những ion cụ thể của nó với các ion của
NTðH trong dung dịch trong khi ñó polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit)
ngoài khả năng trao ñổi ion còn có chứa các nhóm chức năng như –
CONHOH, - SO3H,.. có thể tạo liên kết phức vòng càng bền với các ion kim
loại ñất hiếm vì vậy khả năng tách sẽ ñạt hiệu quả cao hơn so với nhựa trao
ñổi ion thông thường. ðồng thời các tác nhân có khả năng tạo phức vòng càng

nói chung và poly(hydroxamic axit) nói riêng làm tăng hệ số tách ñối với các

ion kim loại. ðiều này có ý nghĩa rất lớn trong việc sử dụng poly(hydroxamic
axit) trong phương pháp tạo phức trao ñổi ion ở dạng hydrogel ñể tách chiết
các nguyên tố kim loại.
Phương pháp sử dụng một số polyme trên cơ sở poly(hydroxamic axit)
(PHA) ñể tách các nguyên tố ñất hiếm là một trong những hướng nghiên cứu
ñã và ñang ñược nghiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Phương pháp

này ñược cho là ñơn giản hơn phương pháp chiết và tiêu tốn ít hóa chất tách
12

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

và tinh chế. Từ những ưu ñiểm vượt trội trên so với các phương pháp khác
nên phương pháp này sẽ ñược sử dụng nhiều hơn.
Có nhiều phương pháp tổng hợp PHA, ví dụ ñi từ poly(vinylsunfonic
axit-co-acrylamit), poly(acrylamit), poly(acrylic axit), poly(metylacrylat),
poly(acrylonitril), hoặc ñi từ acrylcacbohydroxamic với hydroxylamin trong
ñiều kiện thích hợp .

P. Selvi và các cộng sự ñã tiến hành tổng hợp PHA từ acrylonitril trong sự
có mặt của chất khơi mào benzoylperoxit và chất tạo lưới divinyl benzen. Quá
trình thực hiện sau ñó là biến tính polyme tạo ñược bằng NH2OH.HCl trong sự có
mặt của CH3COONa. Sau quá trình tổng hợp thu ñược nhựa PHA có thành

phần nguyên tố của poly (hydroxamic axit) chứa chủ yếu 4 nguyên tố: C, H,
N, O. Trong ñó gồm 44,69% C, 6,68% H, 16,05% N, 31,46% O. Ta thấy hàm
lượng nguyên tố N và O cao hơn nhiều so với H cho thấy mức ñộ chuyển ñổi
cao của các nhóm axit hydroxamic.
Hossein và cộng sự ñã tiến hành tổng hợp PHA ñi từ axit
acrylcacbohydroxamic. Trong nghiên cứu này các tác giả ñã tổng hợp axit
acrylcacbohydroxamic

ñi từ

etylacrylat,

acrylamit,

axit acrylic

và

hydroxylamin hidroclorua (NH2OH.HCl). Sản phẩm acrylcacbohydroxamic
sau ñó ñược ñem trùng hợp trong ñiều kiện thích hợp ñể tạo ra PHA.
Wan MD và nhóm nghiên cứu tổng hợp PHA từ poly(etylacrylat
divinyl benzen). Trong ñó poly(etylacrylat) ñược tổng hợp bằng phương pháp
trùng hợp huyền phù với sự có mặt của divinyl benzen. Các tác giả ñã tiến
hành chuyển hóa poly(metylacrylat divinyl benzen) thành PHA bằng phản
ứng với hydroxyl amoni clorua trong môi trường thích hợp.

Trong công trình nghiên cứu của M. Rahman và cộng sự, các tác giả ñã
tiến hành tổng hợp PHA bằng cách ghép poly(metylacrylat) (PMA) lên tinh
bột, sau ñó sản phẩm thu ñược ñem phản ứng với hydroxylamin.Taek Seung
Lee, Dong Won Jeon tổng hợp nhựa poly (hydroxamicaxit) từ etylacrylat

13

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

(EA) và divinylbenzen (DVB),với sự có mặt của 2,2,4trimetylpentan (TMP).
Hanssan và cộng sự ñã tổng hợp poly(hydoxamic axit) từ polyacrylamit
(PAA) [31]. PAA ñược tổng hợp bằng việc trùng hợp của monome acrylamit
với sự có mặt của N,N-methylene-bis-acrylamit (MBA). Neira-Carrillo và các
cộng sự ñã tiến hành tổng hợp PVSA có sử dụng chất khơi mào là APS, dung
dịch sau phản ứng ñược kết tủa trong aceton. Suresh Kuarm và các cộng sự ñã
tiến hành tổng hợp poly(vinylsulfonic axit) từ dạng muối natri của dung dịch
vinylsulfonic. Quá trình tổng hợp ñược thực hiện theo phương pháp
Breslow’s tiến hành trong hai bước. Trong bước ñầu tiên, trùng hợp muối
natri vinylsulfonate thu ñược polyvinylsulfonic dạng muối (Na-PVSA), trọng
lượng phân tử trung bình của nó ñược xác ñịnh khoảng ~55,000 bằng phương
pháp ño ñộ nhớt ñặc trưng. Bước tiếp theo, poly(vinylsulfonic axit) (PVSA)
ñược tổng hợp thông qua kỹ thuật trao ñổi ion. Xác ñịnh ñược pH của dung

dịch PVSA 0,01N vào khoảng 2,83. Na-PVSA là tiền thân của PVSA và ñược
ñặc trưng bởi kỹ thuật XRD, DSC và FT - IR.
1.5. NGUYÊN TỐ ðẤT HIẾM NEODYM, XERI

Neodym, Xeri là 2 trong những NTðH nhóm nhẹ quan trọng [1].

Các ñặc trưng nguyên tử và tính chất vật lý của Nd, Ce ñược thể hiện
trong bảng 1.1.
Bảng 1.1: Tính chất vật lý của Nd và Ce

Nguyên tố

Neodym

Thứ tự nguyên tử

Xeri

60

58

Số oxi hóa

3, 4

4, 3, 2

Nguyên tử lượng

144

140

Cấu hình electron

[Xe]4f46s2

Cấu trúc tinh thể

Lục phương

[Xe]4f15d16s2
Lục phương tâm mặt

14

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

1.825

Bán kính nguyên tử (A0)
Màu sắc

Bạc trắng

Trạng thái vật chất

Chất rắn

Chất rắn

Nhiệt ñộ nóng chảy t0nc (0C)

1024

795

Nhiệt ñộ sôi t0s (0C)

3074

3443

Tỉ khối (g/cm3)

7,01

6,77

Bạc trắng

Các hợp chất Nd, Ce chủ yếu thể hiện mức oxi hóa +3. Vì vậy chúng
tính chất hóa học ñặc trưng là tính khử mạnh.
- Kim loại dạng tấm bền trong không khí khô. Trong không khí ẩm bị mờ
ñục nhanh chóng vì bị phủ màng cacbonat bazơ ñược tạo nên do tác dụng với

H2O và CO2[2].
- Ở 200 – 4000C, cháy trong không khí tạo thành oxit và nitrua.

- Tác dụng với halogen ở nhiệt ñộ không cao, với N, S, C, Si, P à H khi
ñun nóng

- Tác dụng chậm với nước nguội và nhanh với nước nóng ñể tạo thành
hidroxit và giải phóng H2.
- Tan dễ dàng trong dung dịch axit, trừ HF và H3PO4 vì tạo muối LnF3,
LnPO4 ít tan.
- Không tan trong kiềm kể cả khi ñun nóng.
- Ở nhiệt ñộ cao có thể khử ñược nhiều oxit kim loại.
Khả năng tạo phức: Ln3+ có khả năng tạo phức với những phối tử vô cơ
thông thường như: NH3, Cl-, CN-, NO3-, SO42-,... những phức kém bền, ngược
lại Ln3+ có thể tạo phức tương ñối bền với những phối tử ña càng, những phối
tử hữu cơ như: C2O42-, β-ñixetonat, EDTA, DTPA, IMDA,...
15

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Các nguyên tố ñất hiếm là nguyên liệu cực kì quan trọng cho nhiều
ngành khoa học, kĩ thuật và công nghệ. Vai trò của nguyên tố ñất hiếm trong
công nghệ chế tạo vật liệu là không thể thiếu ñược [3].
Các nguyên tố ñất hiếm ñược dùng làm xúc tác cracking dầu mỏ, xúc tác
ñất hiếm ñược dùng trong quá trình tổng hợp amoniac, xilen và nhiều hợp

chất hữu cơ khác. Nguyên tố ñất hiếm còn ñược dùng làm xúc tác ñể làm sạch
khí thải ôtô, xúc tác trong lò ñốt rác y tế. So với các xúc tác cùng loại chứa
nguyên tố quý (Pt), xúc tác chứa nguyên tố ñất hiếm bền với nhiệt, bền hóa
học, có hoạt tính cao hơn và ñiều quan trọng là giá thành rẻ hơn. Sử dụng một
thời gian các xúc tác ñất hiếm ñược phục hồi bằng cách rửa bằng dung dịch
HCl loãng.
Nhiều kim loại ñất hiếm có tiết diện bắt nơtron lớn, nên ñược dùng ñể
hấp thụ nơtron nhiệt trong lò phản ứng hạt nhân.
Trong công nghiệp luyện kim, các nguyên tố ñất hiếm ñược dùng ñể cho
thêm vào một số hợp kim. Chẳng hạn ñể sản xuất gang biến tính người ta cho
thêm các nguyên tố ñất hiếm. Do tác dụng của các nguyên tố ñất hiếm, không
những một số tạp chất có hại trong gang bị loại ra mà cấu trúc của cacbon
trong gang cũng biến ñổi làm giảm tính giòn của gang và gang biến tính có
thể thay thép. Thêm nguyên tố ñất hiếm vào hợp kim của Magie làm cho hợp
kim bền cơ học và bền nhiệt hơn. Những hợp kim này ñược dùng ñể chế tạo
thiết bị trong máy bay. Thép chứa 6% xeri dùng làm dụng cụ phẫu thuật trong
y t ế.
Trong lĩnh vực vật liêu từ, các nguyên tố ñất hiếm cũng ñóng vai trò
quan trọng. Cá vật liệu từ chứa ñất hiếm có ñộ phản từ và mật ñộ năng lượng
từ cao, giá thành rẻ và sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chế tạo ñộng cơ ñiện,
máy gia tốc proton, máy tính. ðó là các hợp kim NdFeB, SmCo6, SmFeCu có
từ tính mạnh gấp nhiều lần nam châm làm bằng sắt. Dùng ñể chế tạo các thiết
bị trên máy bay và tàu vũ trụ.
Trong công nghiệp thủy tinh, các nguyên tố ñất hiếm ñược sử dụng khá
nhiều: CeO2, Nd2O3 ñược dùng ñể khử màu thủy tinh. Một số nguyên tố ñất
16

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

hiếm ñược sử dụng ñể nhuộm màu thủy tinh như Nd2O3 (tím hồng), CeO2
(vàng chanh),…Y2O3 và Eu2O3 ñược dùng ñể chế tạo gốm kĩ thuật và dân
dụng chịu nhiệt cao.
Các nguyên tố ñất hiếm còn ñược dùng ñể chế tạo vật liệu phát quang có
hiệu suất phát quang cao, tốn ít năng lượng. ðược sử dụng làm bột cho ñèn
huỳnh quang, ñèn compac màu, ñèn hình tivi.
Trong nông nghiệp các nguyên tố ñất hiếm ñược dùng ñể ngâm tẩm hạt
giống, sản xuất phân bón vi lượng. Nguyên tố ñất hiếm tạo ra các hợp chất
enzim làm cho cây trồng có khả năng kháng ñược sâu bệnh, cho năng suất cây
trồng cao, bảo vệ môi trường.
Các sản phẩm của nguyên tố ñất hiếm Neodym ñược sử dụng rộng rãi
trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, y học, … Các lĩnh vực ứng dụng
chính: chất xúc tác, máy lọc IR, laser, chất nhuộm và nam châm vĩnh cửu.
Trong công nghiệp luyện kim, Xêri ñược thêm vào các hợp kim ñể làm
giảm tính giòn, tăng ñộ bền cơ học và bền nhiệt. Trong thành phần của thép
có chứa Xêri ñược sử dụng làm dụng cụ phẫu thuật trong y tế.
Trong công nghiệp thủy tinh, thì nó có ứng dụng ñể khử màu và nhuộm
mà thủy tinh. Ngoài ra, còn ñược sử dụng làm bột mài bóng dụng cụ bằng
thủy tinh và ñá quý.
Ngoài ra, Xêri còn ñược sử dụng ñể chế tạo các thiết bị trong máy bay,
tàu vũ trụ, ...
Trong ñó, hai nguyên tố thuộc nhóm nhẹ: Nd, Ce là những nguyên tố rất
quan trọng và cần thiết trọng công nghiệp, khoa học kĩ thuật [8]. Vì vậy việc
nghiên cứu ñể thu hồi và tách các nguyên tố trên ra khỏi nhau là rất cần thiết.

Hiện nay ñể tách các nguyên tố ñất hiếm, người ta thường sử dụng các hợp
chất polyme, ñặc biệt là nhựa Poly hydroxamic axit (PHA) và dẫn xuất của
nó.
1.6. HẤP PHỤ

17

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON


WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

Hấp phụ là quá trình tích lũy chất trên bề mặt phân cách các pha (khí rắn, lỏng - rắn, khí - lỏng, lỏng - lỏng).
Chất hấp phụ là chất mà phần tử ở lớp bề mặt có khả năng hút các phần
tử của pha khác nằm tiếp xúc với nó. Chất hấp phụ có bề mặt riêng càng lớn
thì khả năng hấp phụ càng mạnh. Bề mặt riêng là diện tích bề mặt ñơn phân
tử tính ñối với lượng chất hấp phụ.
Chất bị hấp phụ là chất bị hút ra khỏi pha thể tích ñến tập trung trên bề
mặt chất hấp phụ.
Thông thường quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt.
Sự hấp phụ xảy ra do lực tương tác giữa các phân tử chất hấp phụ và
chất bị hấp phụ. Tùy theo bản chất của lực tương tác mà người ta phân biệt
hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học.
Hấp phụ vật lý ñược gây ra bởi lực Vander Waals giữa pần tử chất bị

•

hấp phụ và bề mặt chất hấp phụ, liên kết này yếu, dễ bị phá vỡ. Vì vậy hấp
phụ vật lý có tính thuận nghịch cao. Cấu trúc ñiện tử của các phần tử các chất
tham gia quá trình hấp phụ vật lý ít bị thay ñổi. Hấp phụ vật lý không ñòi hỏi
sự hoạt hóa phân tử do ñó xảy ra nhanh.
•

Hấp phụ hóa học gây ra bởi lực liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp

phụ và phần tử chất bị hấp phụ, trong ñó có những lực liên kết mạnh như lực
liên kết ion, lực liên kết cộng hóa trị, lực liên kết phối trí.. .gắn kết những
phần tử chất bị hấp phụ với những phần tử của chất hấp phụ thành những hợp
chất bề mặt. Năng lượng liên kết này lớn (có thể tới hàng trăm kJ/mol), do ñó
liên kết tạo thành bền khó bị phá vỡ. Vì vậy hấp phụ hóa học thường không
thuận nghịch và không thể vượt quá một ñơn lớp phân tử.
Trong hấp phụ hóa học, cấu trúc ñiện tử của các phần tử của các chất
tham gia quá trình hấp phụ có sự biến ñổi sâu sắc dẫn ñến sự hình thành liên
kết hóa học. Sự hấp phụ hóa học còn ñòi hỏi sự hoạt hóa phân tử do ñó xảy ra
chậm.
Trong thực tế, sự phân biệt hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học chỉ là
tương ñối vì ranh giới giữa chúng không rõ rệt. Một số trường hợp tồn tại
18

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

WWW.FACEBOOK.COM/BOIDUONGHOAHOCQUYNHON