Ηλεκτρανάκτηση δραστικών Μμετάλλων από διαλύματα ιοντικών υγρών

Μπούρμος, Εύαγγελος; Bourmos, Evangelos

dc.contributor.author	Μπούρμος, Εύαγγελος	el
dc.contributor.author	Bourmos, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2024-08-29T08:11:15Z
dc.date.available	2024-08-29T08:11:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60031
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27727
dc.rights	Default License
dc.subject	Ιοντικά υγρά	el
dc.subject	Ηλεκτρανάκτηση	el
dc.subject	Σπάνιες γαίες	el
dc.subject	Νεοδύμιο	el
dc.subject	Ηλεκτραπόθεση	el
dc.subject	Ionic liquids	en
dc.subject	Electrorecovery	el
dc.subject	Rare earths	el
dc.subject	Neodymium	el
dc.subject	Electrodeposition	el
dc.title	Ηλεκτρανάκτηση δραστικών Μμετάλλων από διαλύματα ιοντικών υγρών	el
heal.type	doctoralThesis	el
heal.classification	ηλεκτροχημεία	el
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-18
heal.abstract	Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας διερευνήθηκε η παραγωγή μεταλλικών σπανίων γαιών με τη χρήση καινοτόμων ηλεκτρολυτών, όπως είναι τα ιοντικά υγρά. Ο κύριος στόχος ήταν η κατάληξη σε μια μεταλλουργική διαδικασία που να βασίζεται στη χρήση μη υδατικών συστημάτων για την αναγωγή και παραγωγή σπάνιων γαιών αποφεύγοντας τις τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται σήμερα (ηλεκτρόλυση τετηγμένων αλάτων υψηλής θερμοκρασίας). Στην πρώτη φάση του ερευνητικού έργου δοκιμάστηκαν διάφορα είδη ιοντικών υγρών, προκειμένου να βρεθούν τα πλέον κατάλληλα μεταξύ τους που θα επιτρέψουν την αναγωγή σπάνιων γαιών πριν από την καταστροφή κι αποσύνθεσή των ηλεκτρολυτών, δηλαδή των ίδιων των ιοντικών υγρών. Σε επόμενη φάση ερευνήθηκαν τα πιο υποσχόμενα ιοντικά υγρά. Πιο συγκεκριμένα, η αναγωγή των κατιόντων σπάνιων γαιών La3 +, Sm3 +, Nd3 +, Dy3 + στη μεταλλική κατάσταση και η επακόλουθη ηλεκτραπόθεση τους στα ιοντικά υγρά δις-βουτυλο-Ν μεθυλοπυρρολιδινο-διςτριφθορο-μεθυλο-σουλφονιμίδιο (BMPTFSI) και τριμεθυλο βουτυλαμμώνιο διςτριφθορο-μεθυλο-σουλφονιμίδιο (Me3NBuTFSI) μελετήθηκε. Αυτά τα υδρόφοβα ιοντικά υγρά παρουσιάζουν ένα ευρύ ηλεκτροχημικό παράθυρο και μια ικανοποιητική ιοντική αγωγιμότητα καθιστώντας τα υποσχόμενους ηλεκτρολύτες για την αναγωγή έντονα ηλεκτροθετικών στοιχείων όπως είναι οι σπάνιες γαίες. Η κυκλική βολταμετρία (CV) πραγματοποιήθηκε σε ηλεκτρόδιο λευκοχρύσου (Pt) σε ηλεκτρολυτικό κελί τριών ηλεκτροδίων κι αποκάλυψε ότι τα κατιόντα σπανίων γαιών μπορούν να αναχθούν στη μεταλλική κατάσταση στα παραπάνω ιοντικά υγρά. Η ηλεκτροαπόθεση σπανίων γαιών πραγματοποιήθηκε σε υπόστρωμα χαλκού υπό ποτενσιοστατικές συνθήκες για 5 ώρες στους -3,1 V στους 25 ° C και οι ηλεκτροαποθέσεις εξετάστηκαν με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (ανάλυση SEM και EDS), αποκαλύπτοντας ότι η ηλεκτροαπόθεση σπανίων γαιών είναι εφικτή με τη χρήση ιοντικών υγρών ως ηλεκτρολυτικών μέσων. Μεταξύ των δύο ιοντικών υγρών που δοκιμάστηκαν αποφασίστηκε η μελέτη αναγωγής νεοδυμίου να προχωρήσει με το BMPTFSI που ήταν ευκολότερο στη χρήση και το χειρισμό, ενώ έδωσε κι ικανοποιητικά αποτελέσματα. Επιπλέον, με απώτερο στόχο τη κατάληξη σε μια βιώσιμη μεταλλουργική διαδικασία για παραγωγή σπανίων γαιών, πραγματοποιήθηκε μελέτη διαφορετικών συστημάτων για την αντιμετώπιση του προβλήματος της διάλυσης αλάτων σπάνιων γαιών σε ιοντικά υγρά και την επίδραση των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα στην άνοδο κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης. Το πιο αποδοτικό σύστημα, ένα ηλεκτρολυτικό κελί 2 διαμερισμάτων επιλέχθηκε για να βελτιστοποιηθεί. Προσδιορίστηκαν η προσθήκη παραγόντων συμπλοκοποίησης καθώς και η επίδρασή τους στις φυσικοχημικές ιδιότητες του συστήματος. Το σύστημα δοκιμάστηκε υπό γαλβανοστατικές συνθήκες σε διάταξη μεγαλύτερης κλίμακας. Η χρήση οργανικών διαλυτών εξετάστηκε επίσης, καθώς υπάρχουν αρκετοί οργανικοί διαλύτες που παρουσιάζουν ικανοποιητική αγωγιμότητα, ευρύ ηλεκτροχημικό παράθυρο κι είναι χαμηλού κόστους. Μεταξύ αυτών το διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO) μελετήθηκε ως πιθανός ηλεκτρολύτης. Η ηλεκτροχημική σταθερότητα του DMSO με κυκλική βολταμετρία καθώς κι η δυνατότητα αναγωγής Nd μεσω διαλυμάτων του εν λόγω ηλεκτρολύτη μελετήθηκαν διεξοδικά. Επιπλέον διερευνήθηκαν οι παράγοντες ηλεκτρόλυσης με σκοπό την κατάληξη στις βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας του συστήματος, όπου και πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ηλεκτρόλυσης σε μεγαλύτερη κλίμακα. Τέλος μελετήθηκε η αναγωγή σκανδίου από το ιοντικό υγρό BMPTFSI, με εισαγωγή σκανδίου μεσω απευθείας διάλυσης χλωριούχου σκανδίου στο ιοντικό υγρό. Σε πρώτη φάση διερευνήθηκαν οι ιδιότητες του ηλεκτρολύτη κι επιβεβαιώθηκε η αναγωγή σκανδίου από το υπό μελέτη σύστημα. Ακολούθησε μελέτη παραμέτρων ηλεκτρόλυσης με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών στις οποίες κι έγιναν δοκιμές μεγαλύτερης κλίμακας.	el
heal.advisorName	Πάνιας, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Πασπαλιάρης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Ταξιάρχου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Ξενίδης, Άνθιμος	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Κομνίτσας, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλουργίας	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.numberOfPages	162 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false