Page 18 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2024
P. 18
חקר שימוש בהידרוג'לים מפוליסכרידים מתחדשים לטיפול בתמיסות מימיות המכילות יוני אירופיום
שיר נגר1, Shirngrr@gmail.com
פרופ’ עדי וולפסון1, ד״ר עפרה פז- טל2, ד״ר אושרת לוי-אונטמן1 1המכללה האקדמית להנדסה ע״ש סמי שמעון, באר שבע. 2הקריה למחקר גרעיני נגב, ישראל.
ההתפתחות של טכנולוגיות חדשות לאורך השנים האחרונות במגוון יישומים, הגדילה באופן ניכר את הביקוש למתכות כבדות ורדיואקטיביות, ובניהן לנתנידים. עקב כך, ישנה עלייה בכמות השפכים המכילים מתכות אלו, שפוגעות במערכות האקולוגיות ומזיקות לבריאות האדם, ולכן יש צורך לטפל בהם לפני הטלתם. אחת השיטות להרחקת יוני מתכות כבדות מתמיסה מימית או ממי שפכים, שזכתה לאחרונה לתשומת לב רבה, הינה ספיחה באמצעות חומרי
ספיחה שונים, טבעיים או סינתטיים. שיטה זו היא לרוב פשוטה וזולה ובעלת יעילות גבוהה.
לאורך השנים הוצעו סופחים המורכבים ממגוון חומרים ממקורות ביולוגים מחדשים ומתכלים, כגון אצות וביו- פולימרים שונים, ובפרט פוליסכרידים. לחומרים אלו יש מספר יתרונות, למשל עלות נמוכה, יעילות גבוהה, מזעור של פסולת כימית ו/או ביולוגית, אפשרות לשימוש חוזר במצע הסופח ואפשרות להשבה של המתכות. פוליסכרידים הם רב סוכרים המופקים ממקור ביולוגי, ולרוב הם הידרופילים. הם מכילים מגוון קבוצות פונקציונליות המשפיעות על התכונות האופייניות שלהם, תכונות המאפשרות להשתמש בהם למגוון יישומים, ובין היתר כחומרים סופחים ליוני
מתכות כבדות ככלל וליוני לנתנידים בפרט.
מטרת מחקר זה הייתה לפתח שיטה פשוטה וידידותית לסביבה להרחקה של יוני אירופיום+Eu3) ) מתמיסה מימית על ידי שימוש בפוליסכרידים מתחדשים ומתכלים בצורת הידרוג'לים כדוריים (בידים). לשם כך נעשה שימוש בפוליסכרידים המופקים מאצות: איוטה(I) וקאפה (K), המכילים קבוצות הידרוקסיל וקבוצות אסטר סולפט, ואלגינט (A), המכיל קבוצות הידרוקסיל וחומצה קרבוקסילית. הכנת הסופח נעשתה על ידי טפטוף של תמיסת פוליסכריד לתמיסת מלח, המשמש כחומר מצלב, ליצירת בידים הניתנים להפרדה פשוטה מתמיסת המלח ומועברים לתמיסת
יוני ה- +Eu3 לשלב הספיחה.
תוצאות המחקר הראו שסוג המלח המצלב בשלב הכנת הבידים משפיע משמעותית על היווצרות הבידים עם שלושת הפוליסכרידים וכן על יעילות ספיחת יוני ה .+Eu3 -זאת ועוד, היווצרות הבידים תלויה בסוג ובכמות הקבוצות הפונקציונליות על הפוליסכרידים, המשפיעים על מנגנון יצירת הג'ל ומבנה ותכונות הג'ל שנוצר. כמו כן, כל הפוליסכרידים שיצרו בידים עם המלחים השונים שנבדקו ספחו בהצלחה את יוני ה- +Eu3בניצולות ספיחה שונות. בהשוואה בין בידים מהפוליסכרידים: K ו- I נמצא, כצפוי, כי ככל שלפוליסכריד יש יותר קבוצות אסטר סולפט ניצולת הספיחה גבוהה יותר. בנוסף, בהשוואה בין הקטיונים השונים המשמשים כמצלבים בשלב הכנת הבידים, נמצא כי
רדיוס ההידרציה של הקטיון, מטען הקטיון וסוג האניון שמרכיב את המלח משפיעים על ניצולת הספיחה.
אנליזות שונות הראו שהאינטראקציה בין יוני הקטיונים החד-ערכיים (+Li+, Na ו-K+) במלח המצלב ובין יוני ה- +Eu3, כנראה מתרחשת דרך קבוצות האסטר סולפט שעל הפוליסכריד I במנגנון של חילוף יונים. בנוסף, נמצא שהעלאת ריכוז המלח בשלב הכנת הבידים הביאה לירידה בניצולת הספיחה, וככל שריכוז יוני ה- +Eu3 בתמיסה היה נמוך יותר או ככל שכמות הפוליסכריד הייתה גבוהה יותר, כך ניצולת הספיחה עלתה. בנוסף, אנליזות שונות הראו שבידים
שהכונו בריכוז פוליסכריד I גבוה יותר הם יציבים יותר תרמית ועם מבנה מסודר יותר.
ניסויי קינטיקה הראו כי המודל הקינטי המתאים לספיחה של יוני +Eu3 על בידים של ,I שהוכנו עם המלחים LiCl ו ,CaCl2 -הינו מודל מסדר פסאודו-שני, כלומר התהליך מושפע בעיקר מהספיחה הכימית של ה- +Eu3 לקבוצות הפונקציונלית על הפוליסכריד.
18
