Hafnium (Hf) hat kein unabhängiges Erz in der Natur; es ist immer eng symbiotisch mit Zirkonium (Zr) in homogener Form und macht nur ungefähr 2 % von Zr aus.
Zr und Hf haben ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften. Ihre nuklearen Eigenschaften wie der Neutronenabsorptionsquerschnitt sind völlig entgegengesetzt. Außerdem haben Zr und Hf ähnliche äußere elektronische Strukturen, und aufgrund der Schrumpfung der Lanthanidenreihe unterscheiden sich Atomradius und Ionenradius nur geringfügig. Daher ist die Trennung von Zr und Hf, insbesondere die Anreicherung von Hf, sehr schwierig.
In einer Studie veröffentlicht in Zeitschrift für Membranwissenschaftentwickelte die Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Yang Fan vom Fujian Institute of Research on the Structure of Matter der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ein fortschrittliches Trennsystem mit ionengeprägter Membran (IIMs), um eine hocheffiziente Trennung und Anreicherung von Hf zu erreichen.
Die Forscher stellten ionengeprägte Membranen (IIMs) unter Verwendung von Hf-Ionen als geprägtem Ion, N,N-Di-2-ethylhexyldiglycolaminsäure (D2EHDGAA) als Trägermolekül und Cellulosetriacetat (CTA) als Basispolymer sowie IIMs her wurden auf die Abtrennung und Anreicherung von Hf aus Zirkoniumoxychloridlösung angewendet.
Sie fanden heraus, dass IIMs CHf/CZr innerhalb von 1 h von 2,33:100 auf 33,33:100 erhöhen können, verglichen mit Polymereinschlussmembranen (PIMs) und ionischen Flüssigkeits-unterstützten Flüssigkeitsmembranen (SLMs), die um das 3,33- bzw. 3,67-fache zunahmen. Der Trennfaktor (SF) wurde um das 1,13- bzw. 1,40-fache erhöht. Die Rückgewinnungsrate von Hf betrug 29,2 %, und Experimente mit Trennungs-Regenerationszyklen zeigten, dass die Stabilität von IIMs relativ gut war.
Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass IIMs, PIMs und SLMs Hf-Ionen in Zirkoniumoxychloridlösung selektiv trennen und extrahieren können und die Selektivität für Hf in der Reihenfolge IIMs > PIMs > SLMs abnimmt. Diese Selektivität wird hauptsächlich der gegenseitigen strukturellen Übereinstimmung zwischen den geprägten Löchern von IIMs und Hf-Templationen und den komplementären funktionellen Gruppen zugeschrieben.
Diese Studie deutet darauf hin, dass IIMs als neue Idee für die effiziente Trennung und Anreicherung von Hf aus Zirkoniumoxychloridlösung ein gutes Potenzial für die industrielle Anwendung haben könnten.
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Tingting Tang et al., Hocheffiziente Trennung und Anreicherung von Hafnium aus Zirkoniumoxychloridlösungen durch fortschrittliche ionengeprägte Membrantrenntechnologie, Zeitschrift für Membranwissenschaft (2022). DOI: 10.1016/j.memsci.2022.121237