Hexanoic acid - crown ether system을 이용한 europium과 yttrium의 용매추출효과의 향상 The synergistic solvent extraction effect of europium and yttrium using the hexanoic acid -crown ether system원문보기
용매추출법에서 희토류 금속을 효과적으로 분리하기 위해 추출제만 사용하는 것이 아니라 crown ether와 같은 첨가제를 이용하는 연구를 하였다. Host-guest 화합물인 macrocyclic ligand는 금속과 착화물을 형성하는데, 이 때 crown ether의 cavity 크기와 비슷한 크기의 금속 이온들과 안정한 착화물을 형성한다. 이전 연구에서 europium과 yttrium을 분리하기 위해 여러 사슬 길이의 지방산 추출제를 이용한 추출실험을 행하였었다. 이를 토대로 분리효율이 좋지 않았던 hexanoic acid에 크기가 다른 crown ether (18-crown-6 ether, 15-crown-5 ether, 12-crown-4 ether)를 첨가하여 분리효과가 증가하는 것을 연구하였다. hexanoic acid의 농도별로 분리효율을 본 후 가장 분리 효율이 좋은 농도에서 crown ether를 종류와 농도를 다르게 하여 첨가하였다. 그 결과 0.05 M hexanoic acid에서 분리능이 1.72으로 가장 높게 나타났고, crown ether를 첨가하였을 시 분리능이 0.002 M 15-crown-5 ether에서 가장 높게 나왔으며 기존의 분리능보다 2배 이상 더 높았다. 또한 crown ether를 첨가하였을 때 두 금속이 $MLR_3{\cdot}3RH$의 형태로 추출되는 것도 확인 할 수 있었다.
용매추출법에서 희토류 금속을 효과적으로 분리하기 위해 추출제만 사용하는 것이 아니라 crown ether와 같은 첨가제를 이용하는 연구를 하였다. Host-guest 화합물인 macrocyclic ligand는 금속과 착화물을 형성하는데, 이 때 crown ether의 cavity 크기와 비슷한 크기의 금속 이온들과 안정한 착화물을 형성한다. 이전 연구에서 europium과 yttrium을 분리하기 위해 여러 사슬 길이의 지방산 추출제를 이용한 추출실험을 행하였었다. 이를 토대로 분리효율이 좋지 않았던 hexanoic acid에 크기가 다른 crown ether (18-crown-6 ether, 15-crown-5 ether, 12-crown-4 ether)를 첨가하여 분리효과가 증가하는 것을 연구하였다. hexanoic acid의 농도별로 분리효율을 본 후 가장 분리 효율이 좋은 농도에서 crown ether를 종류와 농도를 다르게 하여 첨가하였다. 그 결과 0.05 M hexanoic acid에서 분리능이 1.72으로 가장 높게 나타났고, crown ether를 첨가하였을 시 분리능이 0.002 M 15-crown-5 ether에서 가장 높게 나왔으며 기존의 분리능보다 2배 이상 더 높았다. 또한 crown ether를 첨가하였을 때 두 금속이 $MLR_3{\cdot}3RH$의 형태로 추출되는 것도 확인 할 수 있었다.
The synergistic solvent extraction of rare earth elements such as europium and yttrium has been investigated by the extractant with crown ether as an additive. Macrocyclic ligand as host-guest compounds form more stable complexes with metal ions which have the similar size of the cavity of crown eth...
The synergistic solvent extraction of rare earth elements such as europium and yttrium has been investigated by the extractant with crown ether as an additive. Macrocyclic ligand as host-guest compounds form more stable complexes with metal ions which have the similar size of the cavity of crown ether. In our previous study[14] founded that the extraction used fatty acid of the various alkyl chain length. Based on the results of the previous experiment, the synergistic separation effect of two metals investigated that the hexanoic acid had was the worst extraction effect which added a crown ether such as 18-crown-6 ether, 15-crown-5 ether, and 12-crown-4 ether. In this study, the concentrations of hexanoic acid have showed the separation effect, and then the concentrations and kind of crown ether are performed for synergistic extraction at the hexanoic acid concentration of the highest separation effect. As a results, the separation rate is the highest value of 1.72 at 0.05 M hexanoic acid, and 0.002M 15-crown-5 ether is the best value in other concentrations and kind of crown ether, it is about twice of using only hexanoic acid. Moreover, the extraction species of two metals has been founded $MLR_3{\cdot}3RH$ form when added the crown ether.
The synergistic solvent extraction of rare earth elements such as europium and yttrium has been investigated by the extractant with crown ether as an additive. Macrocyclic ligand as host-guest compounds form more stable complexes with metal ions which have the similar size of the cavity of crown ether. In our previous study[14] founded that the extraction used fatty acid of the various alkyl chain length. Based on the results of the previous experiment, the synergistic separation effect of two metals investigated that the hexanoic acid had was the worst extraction effect which added a crown ether such as 18-crown-6 ether, 15-crown-5 ether, and 12-crown-4 ether. In this study, the concentrations of hexanoic acid have showed the separation effect, and then the concentrations and kind of crown ether are performed for synergistic extraction at the hexanoic acid concentration of the highest separation effect. As a results, the separation rate is the highest value of 1.72 at 0.05 M hexanoic acid, and 0.002M 15-crown-5 ether is the best value in other concentrations and kind of crown ether, it is about twice of using only hexanoic acid. Moreover, the extraction species of two metals has been founded $MLR_3{\cdot}3RH$ form when added the crown ether.
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가설 설정
21) Crown ether는 그 macrocyclic cavity 크기, chelate 고리의 크기, macrocycle rigidity 그리고 주개 원소들의 수와 종류에 따라 금속이온에 대한 선택성이 결정된다.22)-24)
지방산 추출제를 이용한 희토류 금속 추출반응 시 유기상에서 추출제가 이합체(R2H2)로 존재하며 물에 대한 용해도는 무시할 정도이고 유기상에서 회합이 없다고 가정한다면 일반적인 추출반응식은 (1)과 같다.
제안 방법
pHe와 15-crown-5 ether의 농도를 일정하게 유지시키면서 추출제인 hexanoic acid의 농도를 변화시켜가며 유로피움과 이트륨의 추출정도를 보았다. 유로피움의 경우, pHe 5.
따라서 본 연구에서는 이전 연구에서 Eu와 Y에 대한 지방산 추출제의 사슬 길이에 따른 추출 실험결과를 토대로 지방상 추출제에 첨가제를 넣어줌으로써 발생될 수 있는 금속의 추출에 대한 시너지효과를 보기위해 추출제로 hexanoic acid와 첨가제로 여러 크기의 crown ether를 이용하여 수상과 유기상의 평형 pH 및 추출제와 첨가제의 농도변화에 따른 분리 정도를 조사하였다.
지방산 추출제인 hexanoic acid를 용매인 kerosene에 희석시켜 제조한 농도가 다른 네가지의추출제를 각각의 유로피움 산화물 수용액과 이트륨 산화물 수용액에 1:1 상비로 평형 pH에 따른 추출정도를 측정하였다.
지방산 추출제인 hexanoic acid와 여러 가지 크기의 crown ether를 첨가제로 하여 평형 pH와 추출제, 첨가제의 농도에 따른 유로피움과 이트륨의 추출실험을 통해 몇 가지 결과를 알 수 있었다.
희석한 용액 15 mL와 추출제 및 첨가제가 함유된 kerosene을 15 mL 취하여 50 mL 비커에 넣고 교반시켜 주면서 NaOH를 적가하여 평형 pH를 맞춘다. 평형 pH가 맞춰지면 수상과 유기상이 충분히 섞이도록 교반시켜준 후 두 상의층분리가 일어나면 수상을 분리하여 pH를 측정하였다. 분석방법으로는 수상의 용액을 5 mL 취하여 10 mL 부피플라스크에 넣고 phenol red를 한 방울 넣는다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 유로피움 산화물 및 이트륨 산화물 등의 시약은 Aldrich사의 특급시약을 사용하였으며 추출제로는 Aldrich사의 hexanoic acid를, 첨가제는 Samchun사의 18-crown-6 ether, TCI사의 15-crown-5 ether와 12-crown-4 ether를 사용하였다. 그리고 희석제는 호남정유사의 kerosene을 정제하지 않고 사용하였다.
이론/모형
5분정도 놓아둔다. 30분 안에 Shimadzu사의 UV-visible spectrophotometer기를 이용하여 550 nm 파장에서 비색법으로 분석하였다. 수용액상의 pH는 Orion star A111 pH meter기로 측정하였다.
성능/효과
1로 나타났다. 3가지 크기가 다른 crown ether를 이용하여 실험한 결과 근소한 차이이지만 15-crown-5 ether를 첨가제로 사용했을 경우 두 금속의 pH0.5값 차이가 더 크게 나타났다.
같은 방법으로 hexanoic acid의 농도를 분리효율이 가장 좋았던 0.05 M로 고정시키고 15-crown-5 ether의 농도를 변화시켜 얻은 결과로부터 추출반응에 한 분자의 crown ether가 반응에 참여하는지 알게 되고, MLR3·3RH의 형태로 유기상으로 추출된다는 것을 알 수 있다.
73으로 crown ether를 첨가한 값에 비하여 두배이상 차이를 보였다. 두 번째는 두 금속의 추출 실험에서 hexanoic acid와 crown ether의 농도에 따른 추출결과를 보면, 먼저 15-crown-5 ether의 농도를 0.002 M로 고정시키고, hexanoic acid의 농도를 변화시켜 측정한 결과를 통해 추출반응시 3개의 R2H2 분자가 반응에 이용되는 것을 알 수 있다. 같은 방법으로 hexanoic acid의 농도를 분리효율이 가장 좋았던 0.
075 M이하에서는 m = 3이 된다. 따라서 각원소들의 추출반응은 hexanoic acid의 농도가 0.075 M이하로 낮을 때는 금속이온은 유기산의 용매화가 없는 유기금속의 화학종 MR3로 추출되며, hexanoic acid의 농도가 0.075 M이상으로 높아지게 되면 금속이온은 3개 분자의 유기산단위체가 용매화된 화학종 MR3ㆍ3RH로 추출되는 것으로 판단된다.
유로피움은 첨가제의 농도가 0.002M일 때가 log D 값이 –0.11로 가장 높았으며, 더 높은 농도에서는 log D 값이 감소하는 경향을 보였다.
이트륨도 마찬가지로 첨가제의 농도가 0.002 M일 때가 log D 값이 –0.71로 가장 높았으며 더 높은 농도에서는 log D 값이 감소하는 경향을 보였다.
첫 번째로는 추출제로 hexanoic acid를 사용하여 유로피움과 이트륨의 추출실험 시 첨가제를 첨가했을 때나 하지 않았을 때 모두 두 금속은 3가양이온으로 반응에 참여하는 것을 평형 pH에 따른 log D 그래프의 기울기를 통해 알 수 있었고, 또한 hexanoic acid의 농도변화를 주었을 때 Log D=0 의 값, 즉 pH0.5는 hexanoic acid가 0.05M 농도일 때 유로피움이 5.28, 이트륨이 5.37로 pH0.5의 차이가 0.09로 여러 가지 농도중 가장 크게 나타났지만 분리계수는 1.73으로 crown ether를 첨가한 값에 비하여 두배이상 차이를 보였다. 두 번째는 두 금속의 추출 실험에서 hexanoic acid와 crown ether의 농도에 따른 추출결과를 보면, 먼저 15-crown-5 ether의 농도를 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
희토류 금속이란?
희토류 금속은 란타넘족인 원자번호 57번에서 71번인 금속 15가지와 Sc와 Y을 포함한 금속을 말하며, 전자 기기나 자성체, 세라믹, 차세대 전기 전지 등의 첨단 사업에 이용되고 있다.1) 이금속들은 물리적·화학적 성질이 유사하여 일반적인 화학분석조작으로는 분리가 어렵기 때문에 이를 분리·정제하기 위한 기술이 연구되어지고 있다.
희토류 금속 사용분야는?
희토류 금속은 란타넘족인 원자번호 57번에서 71번인 금속 15가지와 Sc와 Y을 포함한 금속을 말하며, 전자 기기나 자성체, 세라믹, 차세대 전기 전지 등의 첨단 사업에 이용되고 있다.1) 이금속들은 물리적·화학적 성질이 유사하여 일반적인 화학분석조작으로는 분리가 어렵기 때문에 이를 분리·정제하기 위한 기술이 연구되어지고 있다.
희토류 금속을 분리, 정제하기 위한 기술이 연구되어지고 있는 이유는?
희토류 금속은 란타넘족인 원자번호 57번에서 71번인 금속 15가지와 Sc와 Y을 포함한 금속을 말하며, 전자 기기나 자성체, 세라믹, 차세대 전기 전지 등의 첨단 사업에 이용되고 있다.1) 이금속들은 물리적·화학적 성질이 유사하여 일반적인 화학분석조작으로는 분리가 어렵기 때문에 이를 분리·정제하기 위한 기술이 연구되어지고 있다.1)-5)
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