مطالعه‌ فرایند استخراج مایع - مایع کلسیم در میکروکانال های موازی

در این پژوهش الگوهای جریان در شش سامانه جریان مایع-مایع شامل کلروفرم/بوتیل استات/اتیل استات/کروسن/بوتانول/اکتانول-آب در یک سامانه افزایش مقیاس یافته میکروفلوئیدیک مورد مطالعه قرار گرفت. سه الگوی جریان اصلی شامل اسلاگ، قطره ای و موازی در میکروکانال های موازی مشاهده شد. الگوی جریان یکنواخت با درصد غیر یکنواختی کم‌تر از 10 درصد در میکروکانال های موازی نشان دهنده کیفیت بالای میکروکانال ها و افزایش مقیاس موفق در سامانه یاد شده دارد. با تحلیل الگوهای جریان گوناگون، الگوی جریان موازی با جداسازی کامل فازی به عنوان الگوی جریان ایده آل برای انجام آزمایش های جداسازی انتخاب شد. با استفاده از سامانه آب-کلروفرم و اترتاجی  بالاترین درصد استخراج در میان حلال های آلی و اترهای تاجی گوناگون به‌دست آمد. اثر غلظت کلسیم، غلظت اترتاجی و ph با استفاده از سامانه یاد شده بر روی جداسازی کلسیم بررسی و شرایط بهینه جداسازی با استفاده از روش سطح پاسخ محاسبه شد. محاسبه بازده استخراج در شرایط بهینه با استفاده از زنجیره سه تایی میکروفلوئیدیک نشان می دهد درصد جداسازی در مدت زمان حدود 3.5 ثانیه به بیش از 60 درصد از غلظت تعادلی می رسد. اضافه کردن مایع یونی  به حلال های آلی نشان می دهد که بهبودی شگرفی در میزان استخراج کلسیم در مورد ترکیب بوتیل استات و  ایجاد می‌شود. بنابراین جداسازی کلسیم به کمک ترکیب یاد شده با استفاده از زنجیره سه تایی میکروفلوئیدیک انجام شد. محاسبه زمان اقامت در زنجیره سه تایی میکروفلوئیدیک در این حالت نشان می دهد که در مدت زمان اقامت حدود 1.6 ثانیه می توان به بیش از 95 درصد از غلظت تعادلی رسید.

study of calcium liquid-liquid extraction in parallel microchannels

flow patterns of six liquid-liquid systems, including chloroform/butyl acetate/ethyl acetate/kerosene/butanol/octanol-water, in a numbered-up microfluidic set-up were studied in this work. three distinct flow regimes were observed in the parallelized microfluidic device: slug flow, droplet flow and parallel flow. a uniform flow distribution with non-uniformity less than 10% indicates the high quality of microchannels and successful numbering-up procedure in the scaled-out microfluidic device. by flow pattern analysis, a parallel flow regime with complete phase separation was chosen as the desired flow regime for calcium ion separation. chloroform-water system and dch18c6 crown ether were identified to obtain the maximum extraction efficiency of calcium. in these conditions, the effects of crown ether concentration ([ce]), the concentration of calcium ion ([ca2+]) and ph were studied in order to optimize the extraction efficiency using the box-behnken method. the extraction efficiency of more than 60% was achieved in three sequential microchips under optimized conditions within only 3.5 seconds. an excellent improvement was also observed in calcium separation efficiency using emim ntf2/n-butyl acetate mixture as the organic phase. therefore, more than 95 % extraction efficiency was achieved within 1.6 seconds using ionic liquid–cosolvent mixtures utilizing a microfluidic cascade.