Transport d'ions sous l'effet d'un champ électrique en milieu poreux : applications à la séparation de terres rares par électrophorèse à focalisation - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 1999

Transport d'ions sous l'effet d'un champ électrique en milieu poreux : applications à la séparation de terres rares par électrophorèse à focalisation

Abstract

Trivalent ions of rare earth elements have very similar properties and their difficult separation each from another is usually carried out by liquid-liquid extraction or ion exchange focalisation electrophoresis represehts an alternative route to the usual techniques. The purpose of this work consisted of the fundamental investigation of ion transport phenomena in electrophoretic processes. Focalisation electrophoresis is suitable for separation of amphoteric species such as rare earth ions, using a pH gradient in the cell and upon addition of a complexed agent e. g. EDTA. This technique relies upon the difference in isoelectrical points of the considered species, being under the form of free cation near the ano'de, and in the form of anionic complexed species doser to the cathode Rare earth species are submitted to the antagonist effects of diffusion and migration, enabling their focalisation to occur at the isoelectrial point, corresponding to nil value of their effective mobility. Following a literature survey on rare earth elements and electrophoresis processes, the document describes theoretical and experimental investigations of complexation equilibria of some rare earth elements, namely lanthanum, neodymium, praseodymium and cerium, depending on pH. Values for the isoelectrical points coulb be estimated. Transport and focalisation phenomena in view of rare earth separation, are dealt in the last chapter. Investigations were first carried out without forced circulation of the electrolyte solution and the transient behavior of the system allowed operating conditions to be design and built-up of a continuos device, more suitable to separation, and provided with 42 potential and 42 temperature sensors: the results of the preliminary runs, in form of variable profiles, are presented and discussed.
Os fons trivalentes de terras raras apresentam propriedades muito proximas umas das outras, o que dificulta bastante a separaçao destes elementos, sendo a extraçao por solvente e troca de ions os unicos métodos mais usados na separaçao de terras raras. No entanto, a eletroforese à focalisaçao representa uma alternativa à separaçao de terras raras como mostra este trabalho que tem como objetivo fundamental estudar os fenomenos de transportes de ions num determinado processo. Através da técnica de eletroforese à focalizaçao, é possivel separar espécies ionicas anfotéricas, como por exemplo cations de terras raras, M+3, aplicando-se um gradiente de pH na célula de separaçao e utilizando um acido como agente complexante, como por exemplo o EDTA. 0 principio deste método é baseado na diferença dos pontos isoelétricos das espécies presentes sob a forma cationica proxima ao anodo ou sob a forma do complexo ionico proximo ao catodo. Os ions de terras raras estao sempre submetidos aos efeitos da diftisao e da migraçao o que os levam a focalizarem em seus pontos isoelétricos correspondentes a mobilidade efetiva nula. Apos um èstudo bibliognifico sobre as terras raras e os processos de separaçao por eletroforese, este relatorio de tese descreve as aproximaçoes teorico e experimental de equilfbrio de complexaçao de alguns elementos de terras raras, como por exemplo: lantanio, cério, praseodimio e neodimio, em funçao do pH, hem como a estimacao do ponto isoelétrico. Os fenomenos de transporte e de focalizaçao foram abordados no ultimo capftulo, o que nos permitiu de observar as condiçoes operacionais de focalizaçao de uma espécie sem o fluxo forçado de uma soluçao. A metodologia descrita anteriormente foi utilizada para a concepçao e a realizaçao de uma célula corn circulaçao continua da soluçao num sistema dotado de 42 captores de temperaturas e 42 de potenciais. Os resultados dos primeiros testes de focalizaçao e da separaçao de dois elementos de terras raras foram apresentados e discutidos sob a forma de perfis de diferentes parametros.
Les ions trivalents de terre rare ont des propriétés très voisines et leurs séparation les uns des autres, généralement délicate, est souvent effectuée par extraction par solvant ou échange d'ions. L'électrophorèse à focalisation représente une alternative à ces techniques éprouvées et l'objet de ce travail était l'étude fondamentale des phénomènes de transport d'ions dans un tel procédé. L'électrophorèse dite à focalisation permet de séparer des espèces amphotères comme des cations de terres rares, M+3, en ayant recours à un gradient de pH dans la cellule et à l'ajout d'un complexant acide (EDTA) par exemple. Cette méthode repose sur la différence des points isoélectriques de ces espèces, présentés sous forme cationique prés de l'anode ou bien sous la forme complexé ionique, plus prés de la cathode. Les ions de terres rares sont soumis aux effets antagonistes de la diffusion et de la migration, ce qui permet leur focalisation au point isoélectrique, correspondant au pH pour lequel leur mobilité effective est nulle. Après une étude bibliographique sur les terres rares et les procédés de séparation par électrophorèse, ce mémoire décrit des approches théoriques et expérimentales des équilibres de complexation de quelques terres rares (lanthane, cérium, praséodyme et néodyme) en fonction du pH ainsi que l'estimation du point isoélectrique. Les phénomènes des transports et de focalisation en vie de la séparation de deux terres rares font l'objet du dernier chapitre: l'étude a été conduite tout d'abord en absence d'écoulement forcé de la solution et a permis de dégager des conditions opératoires permettant la focalisation d'une espèce. L'apport méthodologique a été utilisé pour la conception et la réalisation d'un cellule avec circulation continue de solution et dotée de 42 capteurs de températures et 42 de potentiels. Les résultats de premiers essais de focalisation et de séparation de deux terres rares sous la forme de profils des différentes grandeurs, sont présentés et discutés.
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Cite

Antonio Idivan Vieira Nunes. Transport d'ions sous l'effet d'un champ électrique en milieu poreux : applications à la séparation de terres rares par électrophorèse à focalisation. Alimentation et Nutrition. Institut National Polytechnique de Lorraine, 1999. Français. ⟨NNT : 1999INPL017N⟩. ⟨tel-01749932⟩
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