Metallkelering

Den dubbla funktionaliteten hos konstruerade kelaterande ytaktiva ämnen erbjuder möjligheter att återvinna formade metallkomplex som kan behandlas ytterligare för att regenerera det kelaterande ytaktiva ämnet och utvinna metallerna. Funktionaliserade fasta material kan användas i filterapplikationer för att selektivt ta bort metalljoner som av olika skäl är oönskade i vattenlösningar.

Kelaterande ytaktiva ämnen

Kombinationen av ytaktiva och kelaterande egenskaper i en enda molekyl resulterar i ett kelaterande ytaktivt medel. Dessa är vattenlösliga molekyler lämpliga för kelering i de flesta vattenhaltiga system. Genom att separera metallkomplexen från industriellt vatten kan frisättning av kelatmedel och metaller förhindras. Förutom de traditionella användningsområdena för kelatbildare erbjuder den separerbara funktionen nya applikationsområden. Konceptet kan användas för att återvinna värdefulla metaller, till exempel från metallbearbetningsindustri, eller för att rena metallförorenat vatten eller jord. Kelaterande ytaktiva medel kan också användas i konsumentprodukter där en kombination av kelaterande medel och ytaktiva medel traditionellt används. Den icke-polära delen gör strukturen lämplig i hydrofoba matriser, såsom kosmetiska krämer och lotioner.

Metallkomplexen separeras lätt och utvinns från vattenfaser genom exempelvis skumflotation. I flotationsprocessen bubblas gas genom vätskan och ytaktiva material adsorberas vid luft-vatten-gränssnitten. Återställningen förbättras genom tillsats av ett skummedel och fasöverföringen av metalljoner från bulk till skummet beror på skumningsförmågan hos systemet såväl som på interaktionen mellan det kelaterande ytaktiva medlet och det skummande medlet. Dessa interaktioner undersöks genom att beräkna interaktionsparametrar för systemen.

Det uppsamlade skummet från flotationen innehåller metallkomplexen. Denna skumfas behandlas vidare genom elektrolys för att separera och regenerera det kelaterande ytaktiva medlet och metallerna. 

Förutom de tekniska aspekterna är kelaterande ytaktiva ämnen intressanta ur en grundläggande vetenskaplig synvinkel. Som ytaktiva ämnen är de ganska extrema med sina stora, mångfaldigt laddningsbara och pH-responsiva huvudgrupper. I närvaro av metalljoner bildar kelaterande ytaktiva ämnen koordinationskomplex, ibland benämnda metallosurfaktanter. Den kritiska packningsparametern och hydrofobiciteten kan ställas in genom att variera pH, jonstyrka och motionens valens. Adsorptionen vid gränssnittet mellan luft och vatten undersöks med ytspänningsmätningar och neutronreflektivitet. Mikelliseringen i bulkfasen studeras med användning av NMR-diffusometri och pH-mätningar.

Metallkelaterande material

Porösa fasta ämnen av oorganiska och biomaterial kan utformas till effektiva metallkelatorer genom kemisk eller fysisk funktionalisering, till exempel för att användas i filterapplikationer. Vi designer och undersöker material som specifikt kan fånga katjoner och oxyanioner av tungmetaller.