روشهای جدید برای احیای نقره از فیلم‌های عکاسی باطله با NaOH
چکیده: روشی ساده، جدید، سریع، ارزان و بدون آلودگی توسعه یافت تا نقره را از فیلم‌های عکاسی اشعه‌ی X باطله با کمک NaOh احیا کند. این روش چند مزیت دارد زیرا نیاز به مراحل سوزاندن، اکسیدکردن، الکترولیز و تصفیه کردن را از بین می‌برد. علاوه بر این همه‌ی آزمایش‌ها در یک ارلن انجام شدند( بر خلاف دیگر تکنیک‌ها). شرایط احیای نقره بهینه‌سازی شدند و نقره‌ای با سطح خلوص%99 بدست آمد. ناخالصی‌های فلزی
(Pb, Ni, Mn, Mg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Al وSn) نقره‌ی احیاء شده هم با استفاده از روش ICP-Ms تعیین شدند. نتایج بدست آمده با نتایج مطرح شده در متون برای نقره خلوص بالا با استفاده از همین روش، مقایسه شدند.
مقدمه
نقره که یکی از فلزات قیمتی و مهم است در مقادیر زیاد برای بسیاری از اهداف لازم است، به خصوص از صنعت عکاسی، گزارش شده است که %25 از نقره‌ی مورد نیاز جهان از طریق بازیافت حاصل می‌شود که%75 از این مقدار هم از پسماندهای عکاسی است. به همین دلیل روشهای بکار رفته برای احیای نقره از پسماندهای عکاسی، در کاهش هزینه و زمان مهم‌اند و تأثیر مثبتی روی آلودگی زیست محیطی دارند. فیلم عکاسی اشعه‌ی X باطله بر خلاف دیگر فیلم‌ها حاوی مقدار بیشتری نقره است که حساسیتش را نسبت به اشعه‌های انتقال یافته افزایش دهند و حتی پس از ظاهر کردن و فرآیند تثبیت هم %2-5/1 نقره( از نظر وزنی) در امولسیون روی پایه‌های پلی‌استر فیلم باقی می‌ماند. این فیلم‌های باطله منبع خوبی از نقره هستند که برای اهداف مختلفی شامل مواد حساس به نور استفاده می‌شود. در طی دوره‌ای طولانی مطالعات مختلفی انجام شد که نقره را این فیلم‌های باطله احیاء کنند و اغلب آن‌ها به ثبت رسیده‌اند. روشهای احیای نقره از فیلم‌های باطله را می‌توان به صورت زیر گروه‌بندی کرد: (R) سوزاندن مستقیم فیلم؛ (b) اکسیداسیون نقره فلزی پس از الکترولیز و (C) فواره کردن لایه‌ی نقره- ژلاتین با استفاده از محلول‌های مختلف. روشهای دوم و سوم نسبت به روش اول، بطور گسترده‌ی برای احیای نقره استفاده می‌شوند. در کل، روشهای گزارش شده برای احیای نقره از فیلم‌ها شامل دو مرحله است؛ اول: جداسازی نقره از پایهی فیلم و دومی: احیای نقره با گداختن یا الکترولیز. مرحله‌ی اول معمولاً فروشویی است که می‌تواند هم شیمیایی و هم میکروبیولوژیکی باشد. جدول1، روشهای موجود احیای نقره از فیلم‌های عکاسی را نشان می‌دهد. استفاده از روشهای شیمیایی با شناساگرهایی چون سیانید سدیم، اسیدنیتریک یا ترکیبات ارگانیک باعث مشکلات زیست محیطی می‌شوند. می‌توان از میکروارگانیسم‌ها هم استفاده کرد اما این فرآیند آهسته است. از سوی دیگر همه‌ی روشهای موجود وقت گیرند. زیرا شامل دو مرحله‌ی مجزا هستند. این مقاله، روشی جدید برای احیای نقره با خلوص بالا از فیلم‌های باطله‌ی اشعه‌ی X را گزارش می‌کند که با استفاده از هیدروکسید سدیم انجام می‌شود. این روش بر مبنای ادغام مرحله‌ی مشخص‌سازی با مرحله‌ی احیای فرآیند احیای نقره بدون الکترولیز یا گداختن است.
جدول1- روشهای احیای نقره از فیلم‌های باطل اشعه‌ی X
Ref. No | روش احیاء با خالص‌سازی | دمای عملکرد | شناساگر مورد استفاده | روش |
| | | | A-Chemical |
3 | electrolysis | room temp. | | 1 |
4 | electrolysis | Nr | | 2 |
5-6 | electrolysis | room temp. | | 3 |
7 | electrolysis | 35-40 | | 4 |
8 | الکترولیز در حضور سیانید | دمای اتاق Room temp | | 5 |
9 | گداختن | 60-100 | | 6 |
10 | گداختن | 90-95 | Urea nitrate(15-20%) | 7 |
11 | nr | 60-95 | NaOh+high shear | 8 |
12 | nr | 80 | KOH(saturated)+KCl | 9 |
13 | گداختن | 97 | | 10 |
14 | گداختن | Boiling solution | NaOH (in ethanol) | 11 |
15 | گداختن | 70-80 | NaOH or KOH+Na dinaphtyl methane sulfonate(5g/L) | 12 |
16 | electrolysis | nr | Hot water | 13 |
| | | | B-Microbiological |
17 | گداختن | 45 | Pseudomonas B132 | 1 |
18 | گداختن | 15-70 | Streptomyces rimosus oxytracycline | 2 |
19-21 | گداختن | 40,50-60,85 | Gelatin-decomposing microorganisms | 3 |
nr: ثبت نشده است.
آزمایش
همه‌ی مواد شیمیایی و شناساگرها از درجه‌ی آنالیزی هستند. در کل مطالعه از آب مقطر استفاده شد. در طول تعیین ناخالصی‌های فلزی از آب سه بار تقطیر شده استفاده شد. محلول‌های NaOH (M5/2-5/0) و محلول استاندارد NaCl(M1000/0) تهیه شدند. فیلم‌های اشعه‌ی Xتوسط بخش رادیوگرافی بیمارستان آموزشی اِگ ازمیر ترکیه تهیه شدند. از یک هیتر و همزن مغناطیسی چیلترن31HS استفاده شد. از یک پتانسیل‌سنج/N60 Tacussel TS با یک الکترود AgCl/Ag و الکترود کالومل اشباع شده و متصل شده به یک پل نمکی KNO3( اشباع شده) استفاده شد که خلوص نقره‌ی احیاء شده مشخص شود. اندک ناخالصی‌های فلزی هم در لابراتوار مؤسسه‌ی بهداشت ناحیه‌ای ترکیه و به وسیله‌ی یک اسپکترومترICP-MS 4500 HP تعیین شدند. عکس‌های نقره‌ی احیاء شده به وسیله‌ی دوربین کانن 500 گرفته شدند.
روش احیای نقره
فیلم‌های اشعه‌ی X استفاده شده، با آب مقطر شسته شدند و با پنبه‌ی غیرباردار شده به وسیله‌ی اتانول خشک شدند و سپس از خشک شدن در دمای فر به مدت 30 دقیقه؛ به قطعات خرد شدند. هر کدام از فیلم‌ها وزن شده و به صورت سری در یک بشر حاویMl80 محلولNaOhM5/1-5/1 در دمای در یک ظرف آب همزده شدند تا زمانیکه لایه‌ی نقره- ژلاتین کاملاً مشخص شد. محلول حاصل که حاوی نقره فلزی سیاه کلوئیدی بود، در دمای در یک ظرف آب شدیداً هم زده شد تا وقتی که دانه های درشت نقره مشاهده شدند. این محلول براحتی ریخته شد و باقیمانده هم با آب مقطر شسته شد، خشک شد و وزن شد. با یک اندیکاتور فنول فتالئین میزان قلیایی بودن آب شستشوی مورد نظر اندازه‌گیری شد. خلوص نقره‌ی احیاء شده به وسیله‌ی تیتراسیون پتانسیل سنجی با یک محلول استانداردNaCl با استفاده از Ag/AgCl و یک الکترود کالومل اشباع شده به عنوان الکترود اندیکاتور و الکترود مرجع( به ترتیب)، تعیین شد.
تعیین اندک ناخالصی‌های فلزی در نقره‌ی احیاء شده
- پاک‌سازی نمونه
نقره‌ی احیاء شده به یک بشرMl PTFE100 انتقال یافت و سپسMl5/2 از HNO3 M1/0 سرد به آن افزوده شد و به مدت 10 دقیقه آنرا تکان دادند. سپس با آب مقطر کاملاً شستشو شد. بعد از آن خشک شده و در یک دسیکاتور نگهداری شد.
- پیش‌فرآوری نمونه
نقره‌ی پاک شده وزن شد و Ml3 از آب سه بار مقطر شده و Ml3 از اسیدنیتریک غلیظ در یک بشرPTFE به آن افزوده شدند. نمونه را در دماهای زیر نقطه‌ی جوش گرم کردند و سپس بتدریج Ml4 از HCl M3/2 افزوده شد که رسوبی ظریف از کلرید نقره شکل بگیرد. پس از افزودنMl2 از HCl غلیظ و حدود20 ساعت تحریک؛ محلول با یک بوته‌ی G4 در خلاء فیلتر شد. محلول فیلتر شده که Ml25 از آب سه بار تقطیر شده در یک فلاسک کالیبرگیری شده تهیه شد و سپس اندک فلزات باقیمانده هم با روش ICP-Ms تعیین شدند.
نتایج و بحث و بررسی
دامنه‌ی دمایی احیای نقره برای لایه‌ی نقره- ژلاتین از فیلم‌های استفاده شده، بود(شکل1). مشاهده کردیم که نقره‌ی فلزی متمایل به سیاه در فرم کلوئیدی در محلول NaOH به نقره فلزی روشن و درشت‌دانه تبدیل شد، این مسئله به دلائل تأثیرات گرمادهی و همزدن به خصوص در دمای بالا بود. خاطر نشان می‌شود که تعداد ذرات نقره در محلول مهم است و اینکه 35-30 فیلم( فیلم محلولMl NaOH ) در Ml80 از محلول M NaOH 5/1-0/1 قرار گرفتند که نقره‌ی فلزی روشن و درشت‌دانه بدست آید. میانگین محتوای نقره‌ی فیلم‌های باطله‌ی اشعه‌یX، 38/0 بود. این نتیجه با نتایج 37/0 گزارش شده از روش آنزیمی قبلی ما تائید می‌شود. میانگین بازده روش طبق محتوای نقره بر مبنای یافتن 38/0؛ %66 بود. تنوع بازده‌ها در غلظت‌های مختلفNaOH به تفاوت‌های محتوای نقره‌ی فیلم‌های باطله نسبت داده شد.
جدول2، نتایج و مشاهدات غلظت‌های مختلف محلول‌های NaOH را برای احیای نقره‌ی فلزی از پایهی فیلم و دلمه‌شدگی نشان می‌دهد. خلوص نقره‌ای احیای شده برای همه‌ی غلظت‌های محلول‌های NaOH؛ با استفاده از میانگین5 اندازه‌گیری پتانسیل سنجی؛ بود. با این حال، نقره‌ی فلزی بسیار روشن و درشت دانه برای محلول‌های0/1 و M NaOH5/1 ثبت شد. در حالیکه برای غلظت‌های دیگر، ذرات سیاه و تا حدودی ریز و روشن مشاهده شدند. دلمه شدن ذرات نقره‌ی فلزی کلوئیدی را می‌توان با مکانیسم‌هایی چون دلمه شدن رسوب‌ها شرح داد. ذرات باقیمانده در محلول به دلیل یک بار ذره‌ای دائمی؛ معلق هستند که باعث دفع الکتروستاتیک متقابل ذرات می‌شود. این ذرات بدلیل بر یابد جذب یون‌ها در محلول احاطه کننده، باردار می‌شوند. این ذرات دارای پتانسیل زتا هستند که شاخصی از پایداری پتانسیل سیستم کلوئیدی می‌دهد. ذرات دارای یک پتانسیل زتای MV مثبت یا منفی بطور نرمال ثابت در نظر گرفته می‌شود. از سوی دیگر، مهم‌ترین فاکتورهای تأثیرگذار بر پتانسیل زتا عبارتند از: pH، قدرت یونی و غلظت هر افزودنی مانند سورفکتانت‌ها. پتانسیل زتای محلول‌های کلوئیدی نقره در مدیوم قلیایی منفی و مقدارش حدوداً MV50- است. فاکتورهای تأثیرگذار بر پتانسیل زتای ذرات نقره در محلولNaOH حاوی محصولات هیدرولیز ژلاتین را می‌توان از اطلاعات بالا اثبات کرد. ما در طول فرآیند احیای نقره و پس از آن، هیچ تفاوت pH مهمی را شناسایی نکردیم. از سوی دیگر، ژلاتین در طول هیدرولیزش با NaOH؛ آمینواسیدها را تولید می‌کند. پس، می‌توان فرض کرد که NaOH اضافی، آمینواسیدها یا ژلاتین هیدرولیز نشده‌ی باقیمانده می‌توانند فاکتورهای مؤثری روی پتانسیل زتای ذرات نقره باشند. محلول‌های حاوی یون‌های ( در این موردNaOH) را الکترولیت‌های بی‌طرف می‌نامند زیرا می‌توانند لایه‌ی دوبل الکترولیکی را متراکم کنند و باعث تغییر پتانسیل زتا به سوی مقادیر مثبت شوند( تراکم دوبل لایه). علاوه بر این، محصولات هیدرولیز ژلاتین مانند آمینواسیدها می‌توانند بر جذب روی سطح کلوئیدی همانند جمع‌آوری کننده‌ها عمل کنند و این مسئله، بار منفی کلوئید نقره را خنثی می‌کند و به یک بار خالص نزدیک صفر منجر می‌شود( خنثی‌سازی بار). از این دیدگاه‌ها خاطر نشان می‌سازیم که پتانسیل زتای ذرات نقره از طریق تأثیرات NaOH اضافی و محصولات هیدرولیز ژلاتین در طول گرمادهی با همزدن شدید در ؛ به بار نقطه‌ی صفر نزدیک‌تر می‌شود. علاوه بر این، خودفرآوری گرمایی روشی مؤثر برای دگرگونی محصول است. این مسئله باعث دلمه شدن ذرات نقره در همه‌ی غلظت‌هایNaOH می‌شود. جدول3، ناخالصی‌های فلزی نقره‌ی احیاء شده را در مقایسه‌‌ای با نقره‌ی دارای خلوص بالا در متون؛ نشان می‌دهد. طبق داده‌های جدول3، نقره‌ی احیاء شده با استفاده از روش NaOH نسبت به FS14 و نقره‌ی احیاء شده با روش آنزیمی؛ ناخالصی‌های فلزی کمتری دارد. از سوی دیگر، نقره‌ی احیاء شده را می‌توان به عنوان نقره‌ی دارای خلوص بالا و حاوی نقره‌ی درجه9 5 همانند9465EM(حداقل) شرح داد. مقادیر مس، منیزیم، سرب، منگنز و کادمیم همراه با نقره‌ی احیاء شده از مقادیر این فلزات در 9343EM کمتر هستند. در حالیکه مقادیر آلومینیوم و قلع مشابه‌اند.
جدول2- مشاهدات و خلوص نقره‌ای احیاء شده به وسیله‌ی آشکار ساختن 30 فیلم در غلظت‌های مختلف محلول‌های NaOH
مشاهدات | محصول% | خلوص% | W3(g) | W2(g) | W1(g) | C(mol/L) |
زمانه دلمه شدنh3 ذرات ریز تا حدودی روشن و سیاه | 57 | 04/99 | 0990/0 | 1000/0 | 1046/0 | 5/0 |
زمان دلمه شدنh3 ذرات درشت و بسیار روشن | 69 | 12/99 | 0992/0 | 1001/0 | 1252/0 | 0/1 |
دلمه شدن5/1 ساعت ذرات بسیار روشن درشت دانه | 65 | 12/99 | 10001/0 | 1009/0 | 1178/0 | 5/1 |
زمان دلمه شدن5/1 ساعت ذرات ریز تا حدودی روشن و سیاه | 61 | 01/99 | 1002/0 | 1012/0 | 1115/0 | 0/2 |
زمان دلمه شدن5/1 ساعت ذرات ریز تا حدودی سیاه و روشن | 76 | 31/99 | 1013/0 | 1020/0 | 1381/0 | 5/2 |
W1: وزن کلی نقره احیاء شده ؛ W2: نقره‌ی وزن شده برای آنالیز پتانسیل سنجی؛ W3: نتایج آنالیز پتانسیل سنجی
جدول3- نتایج(Mg/g) برای ناخالصی‌های اندک در نقره‌ی احیاء شده در مقایسه با برخی نتایج نقره‌ی دانه‌ی خلوص بالا در متون دیگر
FS 14 | EM9343 | EM9465 | نقره‌ی احیاء شده به وسیله‌ی روش آتریس | نقره‌ی احیاء شده با استفاده از روش پیشنهادی | عنصر |
6/47 | 26/0 | 85/1 | 01/20 | 3/2 | Fe |
8/61 | 078/0 | 132/0 | 714/1 | 047/0 | Cu |
- | 0640/0 | 087/0 | 033/0 | 011/0 | Mg |
- | - | - | 671/0 | 499/0 | Cr |
8/33 | 011/0 | 597/0 | 010/0 | 001/0< | Pb |
- | 024/0 | 082/0 | 620/4 | 024/0 | Al |
- | 007/0 | 011/0 | 021/0 | 003/0 | Mn |
- | - | 0024/0 | 89/20 | 16/1 | Co |
9/53 | 007/0 | 011/0 | 962/9 | 362/0 | Ni |
0/44 | 039/0 | 006/0 | 021/0 | 044/0 | Sn |
- | 012/0 | 018/0 | 001/0< | 001/0< | Cd |
9465EM: نقره‌ی دارای خلوص بالا و حاوی نقره‌ی درجه9 َ5 ؛ 9343EM: نقره‌ی دارای خلوص بالا و حاوی نقره‌ی درجه9 َ6
در خاتمه، با استفاده از محلول NaOH در مراحل مشخص کردن و احیای بدون هرگونه جداسازی یا تصفیه؛ نقره با موفقیت احیا شد. نقره‌ی فلزی در فرم کلوئیدی که نمی‌شد در ابتدا در محلول NaOH فیلتر کرد، در فرم یک نقره‌ی فلزی روشن و درشت‌دانه با سطح خلوص ( برای سطح اطمینان%95؛ N=O) بدست آمد. نقره‌ی مشخص شده روی یک همزن گرم شد و می‌توان با ریختن محلول براحتی آنرا جدا کرد. این کار برخی از مراحل وقت‌گیر مانند فیلتراسیون، سانتریفیوژ، گداختن یا الکترولیز را حذف می‌کند. مزیت دیگر اینست که همه‌ی مراحل احیاء در یک ظرف و محلولNaOH انجام شدند. خلوص نقره‌ی احیاء شده بسیار بالا بود؛ 9"6 یا 9"5 و ناخالصی‌های اندکی داشت. این روش را می‌توان برای انواع شرایط آزمایشگاهی بکار برد( ساده است)؛ نسبت به روشهای دیگر مراحل کمتری دارد(سریع است)؛ به دماهای بالای نیاز ندارند پس انرژی کمی مصرف می‌کند و بدون ضرر است زیرا فاقد مراحل سوزاندن، گداختن و الکترولیز است(ارزان و بدون آلودگی).
منبع :http://zarasvandnia.persianblog.ir/post/8/
