PHÂN TÁCH VÀ TINH CHẾ KIM LOẠI QUÍ TỪ RÁC THẢI ĐIỆN TỬ

Phân tách và tinh chế đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình hóa học, đặc biệt trong các quá trình thu hồi/tái chế để tăng độ tinh khiết của sản phẩm cuối cùng. Những phương pháp thủy luyện đã được nghiên cứu để cải thiện quá trình này, ví dụ như điện phân, kết tủa, chiết dung môi và hấp phụ rắn-lỏng. Trong các phương pháp vừa đề cập, phương pháp hấp phụ rắn-lỏng chứng minh là một phương pháp chiếm ưu thế khi một số yếu tố được cân nhắc như: khả năng sinh lời, khả năng dễ dàng sử dụng và những lợi ích liên quan đến môi trường. Đối với quá trình Phân tách và tinh chế, hai loại vật liệu hấp phụ đã được sử dụng với những cơ chế khác nhau: (i) vật liệu trao đổi ion, bao gồm nhựa trao đổi base mạnh Bonlite BA304, Purolite A500 hoặc nhựa trao đổi base yếu Dowex Marathon WBA, Diaion WA21J và (ii) vật liệu tạo phức dựa trên các vật liệu hấp phụ mang những nhóm chức có chứa N và S, ví dụ như Duolite GT-73 hay những loại nhựa tạo phức chelate được tổng hợp có chứa các nhóm chức amine, thiol và amine/mercaptan.Trong những vật liệu được đề cập, các nhựa phosphine-oxide (P=O) chứng minh khả năng hấp phụ chọn lọc một số kim loại nhóm Platinum như Pt, Pd, Rh trong những dung dịch chứa các ion cạnh tranh, pH thấp và chứa tác nhân oxy hóa như: nước cường toan, ion nitrate (NO₃^–).

Hầu hết các quy trình các quá trình tái chế các kim loại (Cu, Ni, Fe, Au, Pd…) có hiệu suất thu hồi cao. Tuy nhiên, nước thải từ những quá trình này còn chứ hàm lượng vết kim loại (~ppm). Vàng là một kim loại được dùng nhiều trong các ngành công nghiệp điện tử vì khả năng dẫn điện và chống xói mòn cao. Sau các quá trình sản suất, các chi tiết trong các thiết bị điện tử (mạ điện hóa, khắc, rửa, đánh bóng hóa và cơ học), nước thải từ các quá trình này vẫn còn chứa hàm lượng vết vàng từ 1 – 2000 ppm. Do đó, nếu quy trình thu hồi/phân tách/tinh chế thứ cấp dựa trên quá trình hấp phụ được nghiên cứu và phát triển thì những nguồn nước thải trở nên giá trị.

Bên cạnh các vật liệu hấp phụ dạng polymer, các vật liệu nano dựa trên nano-oxide kim loại đã và đang thu hút quan tâm trong cộng đồng khoa học và kỹ thuật nhờ tỉ lệ bề mặt/thể tích cao. Nhờ các quá trình biến tính bề mặt, các vật liệu có thể sở hữu những đặc tính bề mặt đặc biệt, ví dụ như khả năng hấp phụ chọn lọc, độ bền liên kết của các nhóm chức trên bề mặt được cải thiện. Một số tác nhân ghép cặp/biến tính bề mặt đã được nghiên cứu như silanes, phosphonates (phosphonic acid hoặc các dẫn xuất của phosphonic acid, và carboxylic acids (-COOH). Một số báo cáo đã cho thấy các tác nhân biến tính bề mặt phosphonate rất hiệu quả trong việc tạo ra đơn lớp ligand trên bề mặt nano-oxides. Gần đây, một nghiên cứu trên vật liệu nano-TiO₂ biến tính bề mặt với các phân tử monophosphonate đã chứng minh khả năng phân tách hiệu quả và chọn lọc các hydrocarbons nhẹ và nặng. Trong các loại nano-oxides đã được nghiên cứu, nano-ZrO₂ đã thu hút được nhiều quan tâm vì độ bền cao của liên kết Zr-O-P cũng như độ bền cơ lý và hóa học trong hấu hết các dung dịch acid (HF, HNO3), kiềm cao so với các oxides kim loại khác như SiO₂, TiO₂, ZnO, Al₂O₃…nhờ đó, vật liệu này có thể được dùng trong một số ứng dụng hấp phụ chọn lọc các ion kim loại trong các dung dịch chứa nhiều acid, ion cạnh tranh và có tính oxy hóa cao.

Hướng nghiên cứu này của TS. Triệu Quốc An tập trung vào việc biến tính bề mặt vật liệu nano-ZrO₂ hoặc micro-ZrO₂ nhằm gắn các ligand hữu cơ có khả năng bắt giữ chọn lọc các ion kim loại quí trong dung dịch nước có tính acid và oxy hóa cao. Các vật liệu được biến tính được sử dụng để tinh chế/phân tách Au và Pd từ nước thải của các quá trình thu hồi/tái chế rác thải điện tử hoặc từ các quá trình chế tạo bản mạch, linh kiện điện tử.