Metallien eluointi kelatoivasta ioninvaihtimesta

Kelatoivat ioninvaihtimet ovat yleensä makrohuokoisia hartseja, joiden avulla metalleja poistetaan ja otetaan mahdollisesti talteen teollisuuden puhdistettavista jätevirroista. Ne muodostavat metalli-ionien kanssa komplekseja runkomateriaaliin kovalenttisesti liitettyjen aktiivisten funktionaalisten ryhmiensä välityksellä. Ioninvaihtimen selektiivisyys eri metalli-ioneja kohtaan vaihtelee riippuen siihen liitetystä kelatoivasta ryhmästä. Työssä tutkitaan metallien tarttumista kelatoiviin ioninvaihtimiin, sekä niiden eluoitumista adsorbentistaan. Kelatoivat ioninvaihtimet sitovat metalli-ioneja tehokkaasti ligandiensa monihampaisuudesta johtuen. Metallien tarttuminen kelatoivaan ioninvaihtimeen ei kuitenkaan ole yksiselitteistä, vaan siihen vaikuttaa muun muassa pH yhdessä monen muun tekijän kanssa. Ioninvaihtimien selektiivisyyttä tarkastellaan työssä lähinnä kovien ja pehmeiden happojen ja emästen HSAB -teorian näkökulmasta. Regeneroinnilla ioninvaihdin saadaan jälleen alkuperäiseen muotoonsa, minkä jälkeen se voidaan käyttää uudelleen. Yleensä regenerointi suoritetaan kemiallisesti. Tässä työssä ioninvaihtimien regenerointia ja kohdemetallin eluointia tarkastellaan paitsi teoriassa, myös kokeellisessa osuudessa. Kokeellisessa osuudessa tutkitaan kuparin (Cu2+) eluoitumista kelatoivasta Dowex M-4195 kationinvaihtohartsista. Kokeissa hartsi ladattiin kuparilla erillisessä panoksessa kuparin ollessa syöttöliuoksessa kuparisulfaattina. Eluointiliuoksina käytettiin 2 ja 5 molaarista rikkihappoa, sekä 2 molaarista ammoniumhydroksidia. Eluointi suoritettiin panostoimisena kolonniajona ja eluaatista otetut näytteet analysoitiin atomiadsorptiospektrofotometrillä. Analyysitulokset esitetään läpäisykäyrinä, joiden perusteella 2M ammoniumhydroksidi on kolmesta tutkitusta eluentista tehokkain eluoimaan kuparia Dowex M-4195 hartsista.

Chelating ion exchangers are usually macro porous resins by which metals are removed or recovered from industrial waste waters. They form complexes with metal ions by functional groups that are covalently bonded to resin body. Ion exchanger’s selectivity against different metal ions fluctuates depending on the chelating group added to it. The adsorption of metals into chelating ion exchangers and their elution from adsorbents is studied in this thesis. Chelating ion exchangers bonds metal ions effectively because of their multidentate ligands. The adsorption of metals into chelating ion exchanger is not unambiguous while it depends on pH and many other factors. In this thesis the selectivity of ion exchangers is studied mainly from the viewpoint of hard and soft acids and bases HSAB -theory. By regeneration the ion exchanger is returned to its original form after which it may be reused. Usually the regeneration is made chemically. In this thesis the regeneration of the ion exchangers and the elution of target metals are studied not only in theory but also in experimental part of this study. Elution of copper (Cu2+) from chelating Dowex M-4195 cation exchanger is studied in the experimental part. In the experiments the resin was loaded in a batch with copper. Copper was in copper sulfate form in the feed solution. 2 and 5 molar sulfuric acid and 2 molar ammonium hydroxide were used as eluents. The elution was carried out as batchwise column run and the samples taken from the eluate were analyzed with atom adsorption spectrophotometer. Results of the analyzes are shown as break through curves. The experiments show that 2M ammonium hydroxide is the most effective eluent when copper is eluted from the Dowex M-4195 resin.