活性炭從水溶液中回收鈷金屬
鈷通常存在于鎳紅土礦石，硫化礦石或銅鈷氧化物礦石中，因此主要作為鎳和銅工業(yè)的副產(chǎn)物。它的主要用作合金金屬，藍色著色劑，催化劑或電池組件。由于快速增長的可充電電池行業(yè)，對鈷的需求正在快速增長。為了滿足未來的這種高需求，必須進一步研究鈷回的收技術(shù)?；钚蕴烤哂性S多有利于其浸漬的物理性質(zhì)，例如良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高表面積。所以我們研發(fā)了一種活性炭吸附劑對于鈷的選擇性回收。
通過幾種步驟制造活性炭球型復(fù)合材料
使用的400目的活性炭粉末分散在超純水中。然后，加入預(yù)先溶解的藻酸鈉溶液和額外的超純水以制備進料懸浮液。組合物為10%活性炭與1%藻酸鈉和89%的水。將獲得的懸浮液裝入進料罐中，該進料罐包含磁力攪拌器以防止在該過程中粉末沉淀制成球型，制備活性炭復(fù)合球體的裝置如圖1所示。通過將二烷基次膦酸等改性劑加入到成形和干燥的活性炭球體中并在50℃下振蕩混合物68小時來進行物理浸漬。冷卻混合物后，傾析溶液，并通過振蕩1小時用超純水沖洗剩余的球體。將浸漬和洗滌的活性炭干燥48小時，通過CHN元素分析以確定孔徑分布，比表面積和孔體積。
圖1：振動液滴凝結(jié)裝置的示意圖。
制成的活性炭外表面的SEM圖像顯示在圖2中?；钚蕴壳蝮w的形狀看起來略呈橢圓形，與高球形度值和稍低的比具有良好的相關(guān)性。橢圓形狀可能源于與凝固浴撞擊時液滴的扁平化。由于快速凝固，液滴沒有足夠的時間回到理想的球體(具有很低的表面張力)。
圖2：干燥的球型活性炭在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像。
影響活性炭吸附的參數(shù)
實驗使用單元素鈷溶液進行的，以研究活性炭的吸附行為而不受其他金屬陽離子的影響。經(jīng)過改性的活性炭的金屬提取機制很可能是陽離子交換機制，pH對鈷的影響，在沒有添加緩沖液的情況下，隨著活性炭萃取劑在吸附金屬離子時釋放其質(zhì)子，pH將顯著下降，導(dǎo)致無效的吸附系統(tǒng)。結(jié)果如圖3所示。如所預(yù)期的，增加pH導(dǎo)致鈷吸附增加，這是由活性炭酸性改性劑的去質(zhì)子化引起的。為了獲得合理的鈷吸附效率，需要施加5.5或更高的pH值。
圖3：pH對活性炭吸附鈷的影響。
活性炭的對鈷的回收
在使用活性炭成功吸附鈷之后，研究了用硫酸汽提以回收金屬離子并允許重復(fù)使用吸附劑。我們分別測試了三種回收參數(shù)，實驗發(fā)現(xiàn)低濃度的硫酸就足以去除大部分活性炭吸附的鈷(II)，鎳(II)和錳(II)。由于僅有少量鎳(II)被吸附到活性炭上，因此解吸溶液中的鎳(II)濃度也很小。其結(jié)果是，對于鎳(II)，元素分析的微小差異導(dǎo)致解吸百分比的相對大的差異，這可以在圖4中看出。
圖4：硫酸濃度對活性炭的解吸影響。
我們合成了一種由二烷基次膦酸浸漬的活性炭與藻酸鹽球組成的新型吸附材料，并測試了從水溶液中選擇性回收鈷。合成的活性炭能地從二元鈷(II)-鎳(II)溶液中選擇性地吸附鈷(II)，最后完成回收鈷的目的。然而，鈷(II)不能從二元鈷(II)-錳(II)溶液中選擇性地除去，因為錳(II)是共吸附的并且不能選擇性地汽提。但是完全去除鈷(II)和錳(II)可以實現(xiàn)，這在水凈化方面是有益的。
本文作者：董帝豪
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