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Erkennung und Wiedergewinnung von Palladium, Gold und Kobalt-Metalle aus der Urban-Mine mit Hilfe neuartiger Sensoren / Adsorbentien mit nanoskaligen Wagon-Rad-förmigen Poren Ausgewiesene

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DOI:

10.3791/53044

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6. Dezember 2015

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1National Institute for Materials Science, Japan, 2Graduate School for Advanced Science and Engineering, Waseda University, 3Center for Research in Isotopes and Environmental Dynamics, Tsukuba University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wegen der Bedeutung und umfangreiche Verwendung von Palladium, Gold und Kobalt Metalle in High-Tech-Geräte, ihre Verwertung und Recycling bilden eine wichtige industrielle Herausforderung. Die hier beschriebene Metallrückgewinnungssystem ist ein einfaches, kostengünstiges Mittel für die effektive Erkennung, Beseitigung und Wiederherstellung dieser Metalle aus dem städtischen Bergwerk.

Zusammenfassung

Entwicklung von kostengünstigen, effizienten Verfahren zur Rückgewinnung und Wiederverwertung Palladium, Gold und Kobalt Metalle aus städtischen Bergwerk bleibt eine große Herausforderung in den Industrieländern. Hier wird die Entwicklung von optischen mesosensors / Adsorbentien (MSA) für eine effiziente Erkennung und selektive Gewinnung von Pd (II), Au (III) und Co (II) aus städtischen Bergwerk erreicht. Eine einfache, allgemeine Verfahren zur Herstellung von MSAs basierend auf Verwendung von höherwertigen mesoporösen monolithischen Gerüsten wurde beschrieben. Hierarchischen cubic Ia 3 d Wagenrad förmigen MSAs wurden durch Verankerung Chelatbildner (Farbstoffe) in dreidimensionale Poren und mikro Teilchenoberflächen der mesoporösen monolithischen Gerüste hergestellt. Ergebnisse zeigen zum ersten Mal Hinweise auf gesteuerte optische Erkennung von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen und ein hoch selektives System zur Rückgewinnung von Pd (II) -Ionen (bis zu ~ 95%) in Erzen und Industrieabfälle. Ferner beschrieben die gesteuerten Bewertungsprozesse ihrerEin beinhalten Evaluierung der intrinsischen Eigenschaften (zB visuelle Signaländerung, Langzeitstabilität, Adsorption Effizienz, außergewöhnliche Sensitivität, Selektivität und Wiederverwendbarkeit); Damit werden teure, hochwertige Geräte nicht erforderlich. Die Ergebnisse zeigen, Beweise dafür, dass die nationalen Verwaltungen wird weltweite Aufmerksamkeit als vielversprechende technologische Mittel zur Rückgewinnung und Wiederverwertung Palladium, Gold und Kobalt zu gewinnen Metalle.

Einleitung

Antriebskräfte für die boomende Verwendung von Metallen der Platingruppe (PGM) sind ihre außergewöhnliche und manchmal exklusive Eigenschaften, die ihnen wesentliche Komponenten in einem breiten Spektrum von Anwendungen. PGMs können eine Rolle beim Aufbau einer nachhaltigen Gesellschaft zu spielen, und diese Materialien werden in einer Vielzahl von modernen Anwendungen und Produkte verwendet: chemischen Prozess der Katalyse, die Kraftfahrzeugabgaskontrolle, Informationstechnologie, Unterhaltungselektronik, feine Schmucksachen, Herstellung von Dentalmaterialien, Photovoltaik-Brennstoffzellen und Lithium-Ionen-Batterien (LIB) 1-10. Im Laufe des vergangenen Jahrhunderts haben weltweite wirtschaftliche Veränderungen durch den Einsatz von PGMs angetrieben worden. Wegen der Bedeutung des PGMs in saubere Technologien und High-Tech-Ausrüstung, hat die Verwendung von PGMs dramatisch in der modernen Gesellschaft erhöht. Aufgrund der stark gestiegenen der Verwendung von Platinmetallen, insbesondere bei der Herstellung von elektronischen Geräten hat sich die Akkumulation von Elektronikschrott (e-Waste), um environmenta geführtl Herausforderungen und Anliegen. Darüber hinaus hat der jüngste Anstieg der Rohstoffpreise ein neues Interesse an der Förderung von E-Abfälle 1-4 erzeugt wird.

E-Abfälle enthalten sowohl gefährliche Materialien und wertvolle Palladium, Gold und Kobalt Metalle. Wenn E-Abfälle auf Deponien entsorgt oder nicht in umweltverträglicher Weise behandelt werden, können sie ein hohes Risiko von Umweltschäden darstellen. Palladium, Gold und Kobalt Metalle in E-Abfälle sind ein nachhaltiges und "grünes" Sekundärressource solcher Metalle 5-10. Daher effiziente Verfahren zur Rückgewinnung von Palladium, Gold und Kobalt Metalle aus E-Abfälle werden dringend benötigt.

Künftige Fortschritte in vielen technischen Bereichen wird die Kontrolle der Grundmetallressourcen erfordern. Aufgrund der zunehmenden Bedeutung der Palladium, Gold und Kobalt Metalle in industriellen Anwendungen und Lösungen für die Umweltprobleme 11-13, Entwicklungs Adsorptions- / Extraction Techniken zur Erkennung und Wiederherstellung solcher Metalle hat sich zu einer Top-Priorität.

Die Haupt Edelmetalle in elektronischen Produkten verwendet werden, sind Silber, Gold, Palladium, Platin, sowie geringe Mengen an Rhodium 4-8. Wiederherstellen von Palladium und Gold hat sich aufgrund ihrer einzigartigen Kombination von Eigenschaften in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen, wirtschaftlichen Wert, und selten entscheidend. Marktmechanismen haben Einfluss auf die Erhöhung der Preise der Sammlung und Verwertung von Leiterplatten von veralteten PCs, Fernsehgeräte, Mobiltelefone und andere elektronische Geräte. Massenware Verbraucher Komponenten, wie Computer-Motherboards, enthalten etwa 80 g Pd und 300 g Au pro Tonne von E-Abfälle; die entsprechenden Beträge für Mobiltelefone sind 130 g Pd und 200 g Au pro Tonne E-Schrott 5-10. Diese städtischen Bergwerk hält immense Mengen dieser Metalle (zum Vergleich: Au und Pd vorhanden sind in extrem niedrigen Konzentrationen in den Felsen (~ 4 ng / g), Böden (1 ng / g), Meerwasser (0,05 ug / l) und Flusswasser (0,2 ug / l), 14-16). Um eine kontinuierliche und zuverlässige Versorgung mit Palladium, Gold und Kobalt zu gewährleisten Metalle für zukünftige technologische Innovationen und neuen elektronischen Geräten, ist es wichtig, eine effiziente und kostengünstige Technologie für das Recycling von Edelmetallen aus E-Schrott zu entwickeln. Diese Technologie könnte als Versicherung gegen eine zukünftige knappe Verfügbarkeit von seltenen Erden Erze, die vorhergesagt werden, um Mangelware zu sein, oder sogar erschöpft, nur 100 Jahre zu dienen.

Ein Element, wie beispielsweise Kobalt hat eine wesentliche Voraussetzung für fast alle der elektrochemischen Speicherenergiezellen wie LIBs 17-19. Wegen des schnellen Wachstums der Informationstechnologie und einer breiten Palette Ausnutzung LIBs, die Freisetzung von LIBs als E-Abfälle erforscht eine neue umweltpolitische Herausforderung 18-20. Daher Umgang mit diesen Abfällen mit Sorgfalt durch die Rückgewinnung dieser Ressourcen könnte einen neuen Weg in der offenenUmwelt- und Industrieanwendungen.

Mehrere leistungsfähige und etablierte Methoden und Analysetechniken sind verwendet worden, um zu unterscheiden und zu quantifizieren, Au (III), Pd (II) und Co (II) in der natürlichen Erz und Industrieabfälle, einschließlich Flamme und Kohlenofen Atomabsorptionsspektrometrie, Ultraviolett- sichtbar (UV-vis) Spektrophotometrie Neutronenaktivierungsanalyse und die induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie 14-16,21-27. Trotz ihrer Vielseitigkeit und wachsenden Popularität, diese Analysetechniken leiden viele Mängel. Zum Beispiel können sie erfordern in der Regel eine sorgfältige Planung und Tests, beinhalten viele Probenvorbereitungsschritte, um Störungen aus der Probenmatrix zu minimieren, erfordern ausgefeilte Instrumentierung und gut ausgebildete Personen, und müssen unter strengen experimentellen Bedingungen 17,21 durchgeführt werden. Darüber hinaus sind alle diese Analysetechniken integrieren Vorkonzentration und Trennschritten, wie etwa Lösungsmittel extraction Co-Präzipitation, Ionenaustausch und Adsorption, vor, konzentrieren Sie die Zielmetallionen aus den Matrixkomponenten vor ihrer Bestimmung 20-27. Darüber hinaus werden der Hydrometallurgie und Pyrometallurgie Techniken, die üblicherweise in der Rückführungskette in der Industrie 19-22 verwendet. Daher ist die Entwicklung effizienter, kostengünstiger und einfach zu bedienende Analysemethoden Palladium, Gold und Kobalt erholen Metalle aus natürlichen Erz und Industrieabfälle sind wichtig sowohl für den Umweltschutz und in der Industrie 11-13.

Neue Technologien können neue Ansätze für die chemische Analyse und die Rückgewinnung von Metallen aus natürlichen Erz und Industrieabfälle an. Jüngste Fortschritte bei der Reduzierung der Kosten und der Verkürzung der Zeit, um optische chemische Nanosensoren / Adsorbentien herzustellen gemacht worden; jedoch optische Adsorbentien sind immer noch für bestimmte realen Sensor, Extraktion und Recovery-Anwendungen für eine breite Palette von Metallen 28 verwendet-36. In jüngster Zeit hat sich die Forschung auf Schneider spezifische feste mesoporöse Monolithen für die Verwendung als hochempfindliche Sensoren für die einfache und gleichzeitige bloßem Auge die Erkennung und Entfernung von toxischen und Edelmetallionen wie Quecksilber- und Goldionen von Wasserproben 28-32 konzentriert. Hier wird ein Verfahren zur selektiven Erkennung und effiziente Rückgewinnung von Au (III) und Pd (II) von der städtischen mir gemeldet wurde; zusätzlich kann das Verfahren zur Rückgewinnung von Co (II) -Ionen aus LIBs angewendet werden. Recycling Metalle durch dieses Verfahren sollte nicht nur als eine sekundäre Quelle von Au (III), Pd (II) und Co (II) -Ionen, sondern auch die Umweltverschmutzung zu reduzieren. Die Protokoll Designs Wagenrad förmigen MSAs zeigen zum ersten Mal Hinweise auf gesteuerte optische Erkennung von Au (III), Pd (II) und Co (II) -Ionen und einer hochselektiven System zur Rückgewinnung von Pd ( II) -Ionen (bis zu ~ 95%) in der Erze und Industrieabfälle.

Protokoll

1. Herstellung der Wagon-Rad-förmigen, Cubic Ia 3 d Mesoporöse Monolithic Gerüste

HINWEIS: Kontrollieren kubische Geometrie (vorzugsweise gyroidal Ia 3 d-Symmetrie) und mikrometrischen Partikeloberflächen mesoporöser monolithischen Gerüsten mithilfe von Triblockcopolymer Pluronic P123 [P123; Poly (ethylenoxid- blockieren -propylen Oxid- -Aethylenoxid-Block) (EO 20 PEO 70 EO 20) als Vorlage].

  1. Unter typischen Bedingungen hinzuzufügen P123, Pentadecan und Tetramethylorthosilikat (TMOS) in einem Massenverhältnis von 1,6: 2: 1,2 bis HCl / H 2 O (pH ~ 1,0) in einem 200 ml Rundkolben; schütteln Mischung bei 45 ° C bis zur Bildung einer homogenen Sol-Gel.
  2. Kolben an einem Rotationsverdampfer und dampft Mischung bei 45 ° C und einem Anfangsdruck von 1.023 hPa. Unter diesen Bedingungen exotherme Hydrolyse und Kondensation von TMOS rasch auftreten.
  3. Weiter evaporatiauf der Mischung für 10-20 min, um die optische gelartige Wagenrad förmigen Monolithen um die Wand der Verbindungskolben 37-39 erhalten.
  4. Den Kolben, der das so hergestellte Monolith trocken bei 45 ° C für 24 Stunden zur Trocknung abzuschließen.
  5. Gönnen getrocknet Wagenrad förmigen Monolith bei 450 ° C 8 h lang unter normalen atmosphärischen Bedingungen.
  6. Grind kalzinierten festen Monolithen vollständig durch Verwendung von Mörser und Stößel, und speichern Bodenmaterial zur späteren Verwendung als Trägerplattform bei der Herstellung von MSA.

2. Charakterisierung von Materialien

  1. Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM)
    1. Zerstreuen 1 mg der Probe in 5 ml Ethanol-Lösung unter Verwendung eines Ultraschall-Reiniger, und löschen Sie dann zwei Tropfen der Probe auf einem Kupfernetz.
    2. Vakuum-Trocknen das Raster für 20 Minuten vor dem Einsetzen Proben in HRTEM Spalte.
    3. Zuführen HRTEM mit einem Transmissionselektronenmikroskop mit einer CCD-Kamera verbunden ist. Record HRTEM mikroskopische Aufnahmen bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV und einer Gitterauflösung von 0,1 nm erhalten.
  2. N2-Adsorption-Desorptions-Isothermen
    1. Pre-Treat-Wagenrad förmige Proben bei 100 ° C für 8 h unter Vakuum, um den Druck auf 10 -3 Torr äquilibrieren.
    2. Messen N 2 -Adsorption-Desorption-Isothermen bei 77 K mit einer Oberfläche und Porengrößen-Analysator nach den Anweisungen des Herstellers
    3. Bestimmen Sie, Porengrößenverteilung von Adsorptionsisothermen mit Hilfe nichtlokaler Dichtefunktionaltheorie. Berechnen spezifische Oberfläche (S BET) unter Verwendung von Mehrpunkt-Adsorptionswerte von linearen Segmenten der N 2 Adsorptionsisothermen mittels Brunauer-Emmett-Teller (BET) Theorie.
  3. Kleinwinkel-Röntgenpulverbeugung (XRD)
    1. Messen Sie XRD-Muster mit Hilfe eines 18-kW-Diffraktometer und monochromatisierter CuKa Strahlung, nach dem Hersteller &# 39; s Anweisungen.
    2. Record Beugungen durch Verwendung sowohl eines Graphit-Monochromator und Göbel Spiegeldetektoren 2R Winkel zwischen 0,1 ° und 6,5 °, entsprechend Abständen zwischen 88,2 und 1,35 nm d-.
    3. Grind Probe und verteilt das Pulver auf dem Probenhalter. Bestätigen Auflösung des Beugungspeaks mit Standard-Reproduzierbarkeit bei 2θ (± 0,005 °). Wiederholungsprobenmessung dreimal mit Rotation in unterschiedlichen Winkeln (15 °, 30 ° und 45 °).

3. Herstellung von Pd (II) -MSA-1, Au (III) -MSA-2 und Co (II) -MSA-3

  1. Synthese von Pd (II) -MSA-1 und Co (II) -MSA-3
    HINWEIS: Verwenden Sie ein druckunterstützte Methode, um die Änderung der Wagenrad-förmigen, kubische Ia 3 d-Monolithen von 1,5-Diphenylthiocarbazon- dicarboxylat (L1) und 2-Nitroso-1-naphthol zu lenken (L3) Liganden (0,1 M EtOH Lösungen) zu Pd herzustellen (II) -MSA-1 und Co (II) -MSA-3.
    1. Et hinzufügenhanolic 1,5-Diphenylthiocarbazon- dicarboxylat (L1) oder 2-Nitroso-1-naphthol (L3) Lösungen für feste Wagenrad Monolithen in Rundkolben und Mischen unter Schütteln für 1 min.
    2. Verbinden Kolben mit heterogenen EtOH-L1 / festen Monolithen Gemisch in einen Rotationsverdampfer und dampft Mischung bei 45 ° C und einem Anfangsdruck von 1.023 hPa.
    3. Verbinden weiteren Kolben, der heterogene EtOH-L3 / festen Monolithen Gemisch in einen Rotationsverdampfer und dampft Mischung bei 50 ° C und einem Anfangsdruck von 1.023 hPa. Entfernen EtOH-Lösung aus heterogenen EtOH-Ligand / festen Monolith Mischung unter Vakuum bei Umgebungstemperatur.
    4. Klärung der Bildungsmechanismus von Ligand-solid (MSA-1 und MSA-3) der physisorbierte Kurzstrecken-Interaktionen (dh, van der Waals und H-Brücken) zwischen den reichlich vorhandenen Hydroxylgruppen der aktiven Oberflächenstellen des Wagenrades -förmigen Gerüste und die Heteroatomliganden 40,41.
    5. Berechnen Sie die amounts immobilisiertes L1 und L3 wie folgt: q E = (C 0 - C e) V / m ist, wobei q e adsorbierte Menge ist, V Volumen der Lösung (L) m Masse der Träger (G) und C 0 und C e sind Aus- und Überstand Sondenkonzentrationen auf. Die Menge an immobilisiertem L1 und L3 können voraussichtlich etwa 0,09 mmol / g sein.
  2. Synthese von Au (III) -MSA-2
    HINWEIS: Wenden Sie Bausteine ​​Protokoll zu synthetisieren Au (III) -MSA-2:
    1. Immobilisieren ein 40 ml 0,1 M Ethanollösung von Dilauryldimethylammoniumchlorid (DDAB) in 0,5 g Wagenrad förmigen HOM Gerüste mit einem Rotationsverdampfer zur Wagen-Rad-förmigen HOM-DDAB Monolithen herzustellen.
    2. Auflösen 20 mg hydrophilic6-hydroxy-5- (4-sulfophenylazo) -2-naphthalinsulfonsäure-dinatriumsalz (L2) Ligand in 80 ml DI-Wasser. In 0,5 g Fest HOM-DDAB Monolithen. dasn Entfernen des H 2 O-Lösung durch Filtration.
    3. Wash HOM-DDAB-L2 mit VE-Wasser, bis kein L2 eluiert wird; dann trockene Probe bei 65-70 ° C für 4 Stunden. Hinweis: 0,07 mmol Ligand L2 pro Gramm HOM Gerüst wurde in HOM-DDAB 42 eingebaut.
    4. Klärung der Bildungsmechanismus (MSA-2) auf der Basis des L2-DDAB-Feststoff-Interaktion.

4. Batch Studien zum Nachweis von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen

  1. Einzutauchen 20 mg Wagenrad förmige MSA-1, MSA-2 und MSA-3 in einem Gemisch aus Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen (Ionenkonzentration: 2 mg / l) ; Lautstärke auf 20 ml und der pH auf geeigneten pH-Wert von 2, 7, bzw. 5,2.
  2. Mechanisch schütteln Mischungen in einem temperaturgesteuerten Wasserbad bei 25 ° C für 45 Minuten bei einer konstanten Rührgeschwindigkeit von 300 Upm.
  3. Filter MSAs bis 25-mm-Filterpapier; Nach der Äquilibrierung verwenden visuelle Farbbewertung und Reflexionsspektren Measurements den Ionenkonzentrationen zu bestimmen.
  4. Bestimmen, Pd (II), Au (III) und Co (II) Zielionenkonzentration durch Vergleich Reflexionsintensitäten der MSA-1, MSA-2 und MSA-3 bei λ max 384, 486, und 537 nm, während die Zugabe von unbekannten Konzentration von Zielstichproben mit denen der Standardkonzentration von Zielstichproben.
  5. Zuführen anderen Experimenten unter Verwendung von Ziel Pd (II), Au (III) und Co (II) Ionenkonzentrationen auf den optimalen pH-Wert von 2, 7, bzw. 5,2, unter Verwendung von UV-VIS-Spektroskopie. Der Teil pro Million (ppm, mg / L), ein Teil pro Milliarde (ppb, ug / l) und molare (Mol / l) Einheiten werden verwendet, um die Zielionenkonzentration in der Lösung bestimmen.

5. Verfahren zur Entfernung von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen

  1. Einzutauchen 40 mg jedes Wagenrad förmige MSA in einer Mischung von spezifischen Pd (II), Au (III) und Co (II) Ionenkonzentrationen; Einstellen des pH der Mischung auf bestimmte Werte von 2, 7 und 5,2, jeweils in einem Volumen von 20 ml, und rühren Mischung für 2 h bei RT.
  2. Filtern fester MSAs und Filtrat Analyse durch induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektroskopie (ICP-MS) 28-30.
  3. Berechnung der Langmuir-Isotherme, basierend auf der folgenden Gleichung 43:
    figure-protocol-1
    wobei C e Zielionenkonzentration, q e Menge des Zielions im äquilibrierten, q m (mg · g -1) ist die Menge von Pd (II), Au (III) oder Co (II) -Ionen zu entfernen bilden die Monoschicht-Beschichtung, und K L die Langmuir Adsorptionsgleichgewichtskonstante. Zum Beispiel können die q m Daten zeigen die praktische Entfernung der Metallionen aus dem wässrigen Medium mit einer hohen Adsorption Effizienz (97% -98%). Außerdem sind K-L-Werte, die mit dem Adsorptions- / Desorptions-Raten, für vollständig reversible Metalladsorption Assays.

6. Bildung von Metall-Ligand-Bindungskonstanten im Wagon-Rad-förmigen MSAs

  1. Bestimmen Stabilitätskonstanten (log Ks) von [Pd (L1) 2], [Au (L2)] und [Co (L3) 2] Komplexe bei pH 2, 7 und 5,2, was zu erwarten ist werden rund 5,8, 4,9 und 7,9 auf.
  2. Berechnen Stabilitätskonstanten gemäß der folgenden Gleichung 28-32:
    log K s = ([ML] S / [L] S) × [M]
    wobei [M] die Konzentration des freien Pd (II), Au (III) oder Co (II) -Ionen in Lösung; [L] die Konzentration an freiem L (dh, L nicht für die Pd (II gebunden ist), Au (III) oder Co (II) -Ionen); und der Index S bezieht sich auf die Gesamtkonzentration des Pd (II), Au (III) oder Co (II) -Ionen in der festen Phase des Wagen radförmigen MSA.
  3. Bestimmen Nachweisgrenzen (LOD) von MSAs für Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen, wie folgt:
    LOD = 3σ / Ψ
    wo σ und Ψ sind die Standardabweichung und die Steigung der Eichkurve 40-42.

7. Selektive-Ionen-Extraktions Experimental-System

HINWEIS: Stellen Sie sicher, spezifische und starke Metall-Ligandenbindung, wie folgt:

  1. Der pH-Wert der extrahierten Lösung auf 2, 7 und 5,2 für die Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen. Verändern Konzentrationen der störenden Metallionen-mal größer als die Konzentration des Pd (II) ≤5, Au (III) und Co (II) Zielionen. Neues 2 ml Komplexbildungsmittel (beispielsweise 0,3-0,5 M Citrat / Tartrat) der extrahierten Lösung vor der Zugabe von Zielionen aktiv hemmen Umsetzen Cu (II) -Ionen.

8. Echt Gewinnung von Metallen von Urban Bergwerk

  1. Lösen Sie die PCI-Karte in starken Säuren, um die Metallionen in Lösung zu bekommen.
  2. Hinzufügen MSAs zu der Lösung, die Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen, diese Ionen in festes extrahierenMSAs.
  3. Filtern fester MSAs und zu analysieren Filtrat durch ICP-MS.

Ergebnisse

Periodische gyroidal Kubik Ia 3 d monolithischen Gerüsten und Wagen-Rad-förmigen MSAs mit großen zylindrischen offenen Poren (bis zu 10 nm Durchmesser) wurden unter Verwendung von druckunterstützte Direkt Templating mit einem P123-Copolymer Mikroemulsionssystem hergestellt. TEM-Aufnahmen der MSAs zeigen Wagenrad artige Kanäle in großen Domänengrößen und in verschiedenen Orientierungsgeometrien in den gyroidal bikontinuierliche kubische Ia 3 d Mesostrukturen organisiert (Abbildung 1). Obwohl die L1, L2 und L3 Sonden wurden direkt in der monolithischen Gerüste physisorbiert (~ 80 mg Sonden pro Gramm Scaffold), die MSAs vorgesehen Kontrolle über potentielle Auslaugen der Liganden nach dem Waschen Erfassungsbedingung Assays und chemischen Behandlung während Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen.

Wagenrad-Form, wie Poren kennzeichnete die kubische Ia 3 d Strukturen der nationalen Verwaltungen, wie sie durch die TEM-Aufnahmen (Abbildung 1) zeigt. dasHR-TEM-Mikroaufnahmen entlang der dominanten Facette in der [111] Richtung erfasst zeigen die Bildung von kubischen bi-kontinuierliche Oberflächenmorphologie 37-39. Sechsfache symmetrische Kanäle mit unterschiedlichen nanoskaligen Verbindungen in Wagenrad-Form, wie Poren waren Eigenschaften die kubischen Ia3d Gitterstrukturen des MSAs (Abbildung 1, Mitte) 44. Darüber hinaus die Vereinbarung in der Elementarzelle Gitter Bestimmung von TEM-Aufnahmen (22,5 nm) mit der Einheitszelle Parameters durch Kleinwinkel XRD (a = d 211 √6) bestimmt, zeigt die Bildung der kubischen Ia3d MSA Morphologie.

Das Erscheinungsbild der Poren von verschiedenen geometrischen Formen in diesem sechsfache Orientierungs um jeden Wagen Rad-Muster ist das Hauptmerkmal der kontrollierten Pd (II), Au (III) und Co (II) Ionen-Diffusion, Adsorption und Wiederherstellung. 2B zeigt an, dass einheitlich geformte Porengeometrien und strukturelle Eigenschaften des kubischen Ia 3d MSA-1, MSA-2 und MSA-3 wurden beibehalten (Oberfläche (S BET) von 560, 520 und 570 m 2 / g; Porenvolumen (V p) von 1,03, 0,98 und 1,09 cm ​​3 / g und Porengröße (D / nm) von 8,2, 8,1 und 8,2 nm, wie aus N2-Isotherme Ergebnisse belegen). Dieser Eigentums cubic Ia 3 d MSA strukturelle Integrität für das rationale Design von den MSAs, verwendet, für die die Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen wurden mit einer schnellen Reaktionszeit auch bei nanomolaren detektiert, Konzentrationen (Abbildung 3-5). Eine beträchtliche Anzahl von organischen Einheiten mit potentiellen funktionellen aktiven Zentren sind stark auf die Wagenrad Porenoberflächen über H-Brücken und Dispersionswechselwirkungen unter Beibehaltung der kubischen Ia 3 d-Geometrie verankert, wie sie durch die Bragg-Reflexionsebenen (hkl) (2A belegt ). Die Bildung von stabilen organisch-anorganischen Hybrid MSAs mit geeignetenUnterbringung von L1, L2 und L3 in die Wagenrad Poren könnte zu keinem Auslaugen von Liganden in den Metallionen-Sensing / capture / Entfernen Assays und Wiederverwendbarkeit / Recovery-Prozess zu führen.

Die Spezifität und Empfindlichkeit des Wagen radförmigen MSAs für die Ziel Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen wurden durch Einstellen des pH auf 2, 7 und 5,2, gesteuert. Diese spezifischen pH-Werte sind am besten geeignet für die selektive, sensibel, und die wirksame Überwachung und Entfernung von Metallionen mit MSAs (6A). Die Quantifizierung Verfahren zum Erfassen / Erfassung Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen mit MSA-1, MSA-2 und MSA-3 beteiligt Detektieren von Änderungen in der Farbintensität bei einer Farbreaktionszeiten (R t) von 2, 3 und 5 min auf. Um die Empfindlichkeiten der MSAs zu bewerten, wurden die Farbübergänge in den Reflexionsspektren, die durch das menschliche Auge detektiert werden vorsichtig über einen weiten Bereich von Metallionenkonzentrationen überwacht(0-5.000 ug / l). 6B-D zeigen Änderungen in Farbe und Reflexionsintensität der MSA-1, MSA-2 und MSA-3 bei λ max 384, 486 und 537 nm. Diese Veränderungen zeigen, Metall-zu-Ligand-Bindungsereignisse während der Ausbildung des oktaedrischen [Pd (L1) 2], quadratisch-planaren [Au (L2)] und oktaedrischen [Co (L3) 2] Komplexe (die Stabilität Konstanten dieser Komplexe sind höher als die der konkurrierenden Ionen Komplexe; Figur 7) .Die Reflexions Spektralantworten der MSAs zeigte die effiziente Detektion / Erkennung von Metallen. Zusätzlich 6F zeigt, dass MSA sind sehr wirksam bei der Entfernung und Überwachungs Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus der städtischen Mine und LIB Lösungen über einen weiten Konzentrationsbereich (von & mgr; g / L mg / L) und auch auf der Niederkonzentrationsgrenzen von 0,19, 0,6 und 0,51 ug / l.

Die Ionenerfassungs / Ionenentfernungseffizienzen des wagon-radförmigen MSAs Richtung Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen in der Abwesenheit und in der Anwesenheit von störenden Ionen wurden ausgewertet (Figur 7). Wesentliche Veränderungen in der sichtbaren Farbmuster und Reflexionsspektren erkennbar waren, in den meisten Fällen nach der Zugabe von 1 bis 18 Konkurrenzionen [dh (G1) von K (I), Na (I), Li (I), Ca (II ), Fe (III), und Cu (II); (G2) von Cd (II), Pb (II), Hg (II), Ni (II), Mn (II), Al (III); und (G3) des Bi (III), Zn (II), Dy (III), Er (III), Ho (III), La (III)], um das Pd (II), Au (III) und Co (II) Ionen-Systeme bestätigt selektive Entfernung und die wirksame Überwachung des Ziels (T) Ionen. Niedrige Konzentrationen von Ni (II), Cu (II) und Fe (III) -Ionen gestört, aber Störungen wurden mit 0,3-0,5 M Citrat / Tartrat-Lösung als unterdrückendes Mittel eliminiert; keine signifikanten Veränderungen in den sichtbaren Farbmuster und Reflexionsgrad Spektren erfolgte nach Zugabe von hohen Konzentrationen verschiedener Kationen an den optimalen Ionenerfassungs / Aufnahmebedingungen (S.H 2, 7 und 5,2, 40 mg der MSAs, Volumen 20 ml, 25 ° C) (7). Diese Ergebnisse deuteten darauf hin selektive Identifizierung und Erfassung von Zielionen in einer Vielzahl von realen Proben, die hohe Konzentrationen von konkurrierenden Ionen 45,46.

Die Wiederverwendbarkeit der Wagen radförmigen MSAs wurde durch Untersuchen der Reflexionsspektren der Ziel Ionenmeßeinrichtung / Capture-Assays und die Bestimmung der Zellaufnahme (E%) als eine Funktion der Regenerations / Wiederverwendungszyklus bewertet. Das Recyclingverfahren wurde durch Strippen des Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus der MSA Flächen (dh Dekomplexierung). Dekomplexierung wurde durch Behandlung des Pd erreicht (II) -, Au (III) - und Co (II) -MSAs mit 0,1 M HClO 4, 0,1 M Thioharnstoff in 1% konzentrierte HCl und 2 M HCl auf. Die Dekomplexierung Behandlung wurde wiederholt durchgeführt, um vollständig zu entfernen, die Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus der MSA Oberflächen. UV-vis-SpektroskopieKopieren und ICP-MS wurden verwendet, um zu bestätigen, dass die MSA Flächen frei von Metall (Abbildung 8). Aufnahmeeffizienz MSA-1, MSA-2 und MSA-3 wurden als% (C A / C 0), wobei C A die Zielionenkonzentration Aufnahme von festen MSAs berechnet und C 0 die Anfangszielionenkonzentration. Ergebnisse zeigten, dass die Funktionalitäten der Wagenrad-förmigen MSAs wurden über acht Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen 46,47 gehalten.

Die Rückgewinnung von Pd (II) und Au (III) aus Elektronikschrott (dh PCI-Karten) und Co (II) aus LIBs erfolgte in mehreren Stufen durchgeführt:

Die erste Stufe war die mechanische Trennung geschliffen PCI-Board-Komponenten.

Die zweite Phase umfasste eine Vorbehandlung hydrometallurgischen Verfahrens, in dem die PCI-Board-Chips (e-Waste-Quelle) wurden in einer Mischung von 2 MH 2 SO 4 einen ausgelaugtennd 0,2 MH 2 O 2 bei 90 ° C für 6 Stunden, unedle Metalle (Cu, Fe, Ni, Al, Li, Mn, Co und Zn) und eine Suspension von teilweise gelösten Kunststoff und Pd (II) und Au (III aufzulösen ) -Ionen 8. (3: 1) bei 70 ° C für 3 h, um eine lösliche Lösung von Pd (II), Au (III), Ag (I bilden nach der Filtration von ungelösten Kunststoffen, der Rückstand wurde mit einer kombinierten Säure aus HCl und HNO 3 herausgelöst ), Fe (III), Sn (IV), Al (III) -Ionen. Die Fe (III), Sn (IV), Al (III) -Ionen auszufällen indem Lösung pH bis 4,5 mit 2 M NaOH und abfiltriert. AgCl wurde mit NaCl ausgefällt und abfiltriert (Abbildung 9). Zusätzlich wurden die LIBs Abfallkomponenten mit HNO 3 behandelt wird, was zu einer Mischung von Co (II), Ni (II), Mn (II), Li (I), Fe (III) und Al (III) -Ionen.

Die dritte Stufe beinhaltete eine Reihe von Batch-Experimente unter kontrollierten Versuchsbedingungen durchgeführt. In diesen Experimenten wurden Laugungslösungen gereinigt, Pd (II) und Au (III)Ionen wurden von den Elektronikschrott-Lösungen mit MSA-1 und MSA-2 gewonnen (siehe Abbildung 9) und Co (II) wurde von den wichtigsten Produkten des LIB-Lösung unter Verwendung von MSA-3 (Tabelle 1) gewonnen. Nach der Entfernung wurde das Filtrat durch ICP-MS analysiert.

In der vierten Stufe, die Prozentaufnahmen von Pd (II) und Au (III) durch MSA-1 und MSA-2 von einem echten städtischen Bergwerk Verbundmischung [0.119 mg / l Pd (II), 0,35 mg / l Au (III ), 0,23 mg / l Ag (I), 7,05 mg / l Cu (II), 5,78 mg / l Ni (II), 13,35 mg / L Fe (III), 7,09 mg / l Al (III)] wurden bestimmt. MSA-3 wurde verwendet, um die Rückgewinnung von Co zu schätzen (II) -Ionen von einer realen LIB Kompositmischung [1,75 mg / l Co (II), 420 mg / l Ni (II), 350 mg / l Mn (II), 370 mg / L Li (I), 7 mg / L Fe (III), 1 mg / l Al (III)]. Die Effizienz der Aufnahme von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen durch MSA-1, MSA-2 und MSA-3 wurde wie folgt berechnet: E% = C A / C e = C 0 - C e / C 0, wobei C A die Zielionenkonzentration Aufnahme durch feste MSAs und C e und C 0 die Zielionenkonzentration in den äquilibriert und Ausgangslösungen. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse für die Echt Probe Studium der Extraktion von Pd (II), Au (III) und Co (II) mit den nationalen Verwaltungen; die Prozentaufnahmen von Pd (II), (III) und Co (II) waren Au etwa 79%, 68% und 66%, respectively.

Die fünfte Etappe beteiligt Recovery-Experimente unter Verwendung von Trennmitteln (Abbildung 3-5), um Pd loslassen (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus den Wagen-Rad-förmigen MSA Oberflächen. Der Rückgewinnungs-Wirkungsgrad (R%) wurde wie folgt berechnet: R% = C R / C A, wobei C R ist die Zielionenkonzentration in der Lösung durch das Abziehmittel freigesetzt. ICP-MS-Analysen der gesammelten Lösungen angegeben, dass >> 98% der Metallionen wirwieder durch einfache chemische Strippen (Tabelle 1) veröffentlicht. Dieses Ergebnis zeigt, dass ultra-Spuren von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen wurden von den städtischen Bergwerk durch die MSAs extrahiert.

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Abbildung 1. Untersuchung der Wagenrad förmige Geometrie. HRTEM-Aufnahmen von der Wagenrad-Muster in den kubischen Ia 3 d Strukturen der nationalen Verwaltungen. Center: Kristallform.

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Abbildung 2. Bestimmung der mesostrukturierten Kristallgitter und Oberflächenparameter Wagenrad förmigen Poren. XRD-Muster (A) und N 2 Adsorptions- / Desorptions-Isothermen (B) der Wagen-Rad-förmigen, kubische Ia 3 d MSAs.

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Figur 3. Systematische Engineering des MSA-1. Die Herstellung von Pd (II) -MSA-1 und Co (II) -MSA-3 über das druckunterstützte Verfahren.

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Abbildung 4. Systematic Engineering des MSA-3. Die Herstellung von Co (II) -MSA-3 über das druckunterstützte Verfahren.

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Abbildung 5. Systematische Engineering der MSA-2. Die Herstellung von Au (III) -MSA-2 über die Bausteine ​​Protokoll.

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Abbildung 6 Kontrollierte pH-abhängigen Pd (II), Au (III) und Co (II) ion-sEnsing Systeme. (A) pH-Wirkungsprofile der Wagen radförmigen MSA-1, MSA-2 und MSA-3 während der Erfassungs- und Entfernungstests von Ziel Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen. Der Wirkungsgrad der Reflexionsspektren als eine Funktion des pH bei λ max = 384, 486, und 537 nm überwacht. (B - D) Zielionenkonzentration als Funktion der Reflexionsspektren der MSA-1, MSA-2 und MSA-3. (E) Farbtabellen für die MSA unter Zusatz von 2 ppm Pd (II), Au (III) und Co (II). (F) Kalibrierkurven von (R - R & sub0;) gegenüber [M n +] für die MSA-1, MSA-2 und MSA-3. Anmerkung: R und R 0 darstellen, das Reflexionsvermögen der MSAs mit und ohne Zugabe von Zielionen sind.

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Abbildung 7: Untersuchung der Pd (II), Au (III) und Co (II) ionenselektiven Systeme (A - C). Die Selektivität des Wagen radförmigen MSA-1, MSA-2 und MSA-3 Richtung Pd (II) (2 mg / L), Au (III) (1 mg / l) und Co (II) (2 mg / l) Ion Sense und Ionenentfernung Assays. (D) Sequentielles Farbantwort ofMSA-1, MSA-2 und MSA-3 (blank, dh metallfreien Assay) in Richtung Ziel Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen bei Zugabe von störenden Ionen in Einzel-, binär, und Gruppen von Ionen (G1-G3).

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Abbildung 8. Wiederverwendbarkeit von Wagen-Rad-förmigen MSAs (A) Auswertung der Wagenrad-förmigen, optische Sensor / Entfernen Assays der Ziel-Ionen nach acht Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen (Zielionenkonzentration:. 2 mg / l; pH und Signalantwortzeit Werte für MSA-1, MSA-2 und MSA-3: pH = 2, 7, eind 5,2, R t = 2, 3, und 5 min; T = 25 ° C). (B) Aufnahmeeffizienz vs. Regenerationszyklus Nummer.

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Abbildung 9. Echt Verwertung von Pd (II) und Au (III) -Ionen aus Elektronikschrott-Lösungen. Die hydrometallurgische Behandlung von PCI-Karten und Rückgewinnung von Pd (II) und Au (III) -Ionen aus Elektronikschrott-Lösungen.

Ziel-Ionen Zielion Bestimmung Ziel-Ionen (mg / L) Koexistierten Metallionen (mg / L) E% R%
Pd (II) C 0 0,119 Ag (I): 0,23, Au (III): 0.35, Al (III): 7,09, Ni (II): 5,78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7,05 79 97
C e 0,025 Ag (I): 0,225, Au (III): 0,351, Al (III): 7,11, Ni (II): 5,77, Fe (III): 13,32, Cu (II): 6.95
C R 0,0913 Ag (I): 0.00, Au (III): 0,001, Al (III): 0.00, Ni (II): 0.002, Fe (III): 0,005, Cu (II): 0,009
Au (III) C 0 0,35 Ag (I): 0,23, Pd (II): 0,119, Al (III): 7,09, Ni (II): 5,78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7,05 68 98
C e 0,11 Ag (I): 0,231, Pd (II): 0,118, Al (III): 7,00, Ni (II): 5,66, Fe (III): 13,29, Cu (II): 6,92
C R 0,235 Ag (I): 0.00, Pd (III): 0,002, Al (III): 0.00, Ni (II): 0.004, Fe (III): 0,003, Cu (II): 0,01
Co (II) C 0 1.75 Ni (II): 420, Mn (II): 350, Li (I): 370, Fe (III): 2.00, Al (III): 0.40 66,3 95
C e 0.59 Ni (II): 419,34, Mn (II): 350,06, Li (I): 370, Fe (III): 1,91, Al (III): 0.05
C R 1.15 Ni (II): 0,85, Mn (II): 0.00, Li (I): 0.00, Fe (III): 0,05, Al (III): 0,02

Tabelle 1 Die quantitative Bestimmung von Metallionen in realen Proben. ICP-MS Analysendaten für die Gewinnung von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen in Elektronikschrott und LIB-Lösungen.

Diskussion

Die weltweite Nachfrage wächst für ein Mittel, um genau und schnell zu erkennen, selektiv zu erkennen und zu erholen Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus Elektronikschrott und LIB-Lösungen. Um dieses Problem anzugehen, Wagenrad förmigen, optischen MSAs zur chemischen Erkennung / Entfernung / Extraktion und Gewinnung dieser Metallionen entwickelt wurden.

(1) Rezeptoren und (2) Immobilisierung / Wandlergerüste: Bei der Gestaltung der nationalen Verwaltungen wurden zwei Schlüsselfaktoren wie folgt betrachtet. Rezeptoren sind organische Liganden für die Selektivität der MSAs verantwortlich ist; Gerüste für die Stabilität, Wiederverwendbarkeit und Sensibilität der nationalen Verwaltungen zuständig. Aufgrund ihrer sehr gleichmäßigen Kanälen großer Oberfläche, Porengrößenverteilung und steuerbare Wagenrad Struktur, die allgemein mit der [111] Vorsprung der kubischen bikontinuierliche Oberflächenmorphologie assoziiert ist (1 und 2) wird die MSA-basierten Wagen Rad Ia 3 dMesostruktur Material Gerüsten vorgesehen Kontrolle über die möglichen Anforderungen dieser Erfassung / Entfernen / Extraktion und Wiederherstellungsverfahren, wie folgt: (1) Stabilität der Liganden-Einbettung HOM feste (dh kein Auslaugen der Liganden beim Waschen), (2) Aufnahmebedingung Assays, und (3) chemische Behandlungsbedingungen während der Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen (dh nach acht Zyklen); Hoch Ligand-Flächendeckung und der Dispersion; mechanische Robustheit; und effiziente Rückgewinnung Verarbeitbarkeit aus städtischen Bergwerk.

In der Herstellung der stabilen und robusten MSAs Design, die Monofunktionalisierung der Wagenrad inneren Porenoberfläche oder sukzessive Einbeziehung der verschiedenen Liganden (dh L1, L2 und L3; Figuren 3-5) in die HOM Gerüste können durch druckunterstützte erreicht werden Co-Kondensation; die höherwertigen Hybriden MSA-1 und MSA-3 wurden unter Verwendung von L1 und L3 verbunden. Controlled Design MSA-2 wurde auf der Feinabstimmung Oberflächenstrukturierung o basiertf der mesoskopischen Wagenrad Gerüstarchitekturen. Dies wurde durch die Verwendung eines Dispersions Wirkstoff (DDAB), die mit dem dichten Dekoration von L2 Signalzentren in den Wagen Rad Porenhohlräume führte erreicht. Mit diesen MSA Designs können Metallionen mit organischen Resten, die durch nichtkovalente Bindung (zB Wasserstoffbrückenbindung), Metallkoordinations, hydrophobe Kräfte, Van-der-Waals-Kräfte, π-π-Wechselwirkungen und elektrostatische und / oder elektromagnetische Effekte (Figuren 3-5 zusammenwirken ). In Messtechnik zu verwenden, kann Nanoengineered MSAs durch eine Ziel Pd (II) ausgelöst werden, Au (III) oder Co (II) Ionenspezies und transduzieren messbare optische Signale unter synergistische pH, der Reaktionstemperatur und die Kontaktzeit (Ansprechzeit) Bedingungen, wodurch die Bindung der Metalle in eine hydrophobe oder hydrophile Liganden-Tasche, um nachgeahmt werden. Das entwickelte MSAs nicht nur entfernt, Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen aus komplexen Umweltproben, sondern auch ein Mittel zur Verfügung gestellt für eine einfache visuellekolorimetrische Schätzung der Metallionenkonzentration; UV-vis-Reflexionsspektroskopie sensibel quantifiziert Metallionenkonzentration über einen weiten Konzentrationsbereich (Abbildungen 3-6). Somit MSAs bieten eine einfache und empfindliche kolorimetrische basierte Lösung, um Änderungen in einem weiten Bereich von Metallionenkonzentrationen sowie ein Mittel für die empfindliche Quantifizierung der Ziel-Ionen zu detektieren, wodurch die Notwendigkeit für hochentwickelte Instrumente vermeidet. Selbst bei Ultraspurenkonzentrationen (≤0.19 ug / L), erschienen bei der Bildung der Komplexe (1) eine Signaländerung im Reflexionsspektrum der Sensoren.

Im Batch-Erfassung / Entfernen / Extraktionssysteme, ein großer Vorteil der Wagenrad-förmigen MSAs ist ihre Selektivität gegenüber Ziel-Ionen, wodurch die Behinderung durch störende Konkurrenzionen zu verhindern. Abbildung 6 bestätigt das selektive Entfernen und effiziente Überwachung von Pd (II), Au (III) und Co (II) -Ionen durchdie optischen MSAs. Die vernachlässigbare Änderung in der Reflexionssignale der MSAs in Gegenwart von konkurrierenden Ionen angegeben, welche schwache Chelate wurden zwischen konkurrierenden Metallen und L1, L2, L3 und speziell bei einem pH von 2, 7 5,2 gebildet, und sind. Die Selektivität der MSAs können zur Bildung von sehr stabilen oktaedrische [Pd (L1) 2], quadratisch-planaren [Au (L2)] und oktaedrischen [Co (L3) 2] Komplexe zuzuschreiben.

Für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit, Recyclingfähigkeit und Haltbarkeit der Wagenrad-förmigen MSAs nach wiederholter Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen untersucht. Abbildung 8 zeigt, dass die MSAs behielt einen hohen Wirkungsgrad für die Erkennung / Entfernung / Extraktion von Pd (II), Au ( III) und Co (II) -Ionen über wiederholte Regenerierung / Wiederverwendung Zyklen, auch wenn die Gesamteffizienz verringerte sich leicht nach dem sechsten Regenerierung / Wiederverwendung Zyklus. Die Stabilität des kubisch Ia 3 d Mesostruktur und der Einbau von L1, L2 und L3 in das oderdered Wagenrad förmigen Poren (durch starke Wasserstoffbrücken und Dispersionswechselwirkungen induziert) spielen eine bedeutende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Funktionalität des Ionenerfassungs / Capture-System über mehrere Regenerations / Wiederverwendungszyklen (siehe Abbildung 7).

Wiederherstellen von Pd (II), Au (III) und Co (II) können Ionen aus dem städtischen mir helfen, die Umweltschäden mit dem Bergbau diesen Metallen verbunden sind, vor allem in Bezug auf die Auswirkungen auf Boden und Klima zu begrenzen. Mit realen städtischen Minenproben, haben die Ergebnisse gezeigt, dass die hier beschriebenen MSAs selektiv wiederherstellen Pd und Au von E-Schrott und Co aus gebrauchten LIBs (Tabelle 1 & 9), aber praktisch, skalierbare Prozess noch Herausforderung für die Zukunft Anwendbarkeit bleibt der Metallrückgewinnung aus städtischen Bergwerk.

Auf der Grundlage des vorgeschlagenen Management-Protokoll, spielen zwei Hauptkomponenten eine wichtige Rolle bei der verbesserten Metallionen-Zugänglichkeit, AdsorptionskapazitätUnd Wiederherstellung während der heterogene Prozesse. Erstens, die große Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse und offene zylindrische Poren der Wagenrad Kubik Ia 3 d Mesostrukturen (MSA) zu fördern Orientierungsliganden Versammlung (wie durch die flexible Zusammenspiel von Pd (II), Au (III), und Co belegt (II) -Ionen mit L1, L2 und L3 und der hohen Affinität des Metall-Liganden-Bindungsereignisse) (Figuren 3-5). Zweitens sind die selektive Adsorption / Detektions / Extraktionsverfahren vor allem von der Struktur des Chelatbildners ab, die experimentellen Bedingungen (insbesondere pH), die Zusammensetzung des Ionen-System werden die Metallionenkonzentrationen und Metall-Liganden-Bindungsereignisse. Obwohl dieses Protokoll sind erhebliche Fortschritte bei der Qualität und den Wirkungsgrad der Wiederherstellungsverfahren, noch weiter verstärkt werden, so dass sie in anderen anspruchsvollen Anwendbarkeit Umwelt Abfälle verwendet werden, in denen sie mit hoher Dosen aktiv Wettbewerbs Metalle wie Cu angereicherte (II), Fe (III) eind Ni (II) -Ionen.

Zusammenfassend haben effiziente, kostengünstige, Wagenrad förmigen MSAs zur Rückgewinnung von Palladium, Gold und Kobalt Metalle aus dem städtischen Bergwerk entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, Beweise, die nationalen Verwaltungen nützlich bei der Bereitstellung einer Route zu einer nachhaltigen Versorgung mit Gold, Palladium und Kobalt um den Bedürfnissen der modernen Gesellschaft gerecht zu werden.

Offenlegungen

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde durch das Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie und dem Ministerium für Umwelt, Regierung von Japan unterstützt.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Tetramethylorthosilikat (TMOS)Sigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 681-84-5Molekulargewicht 152,22; Lineare Formel Si(OCH3)4; 218472-500G
Poly(ethylenglykol)-block-poly(propylenglykol)-block-poly(ethylenglykol), PEG-PPG-PEG, Pluronic® P-123Sigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 9003-11-6durchschnittlich Mn ~5.800
Natriumcitrat dreibasisches DehydratSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 6132-04-3 LineareFormel HOC(COONa)(CH2COONa)2 · 2H2O; Molekulargewicht 294,10; S4641-500G
Pentadecan, C15Sigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 629-62-9 LineareFormel CH3(CH2)13CH3; Molekulargewicht 212.41
N-cyclohexyl-3-aminopropansulfonsäure (CAPS)Dojindo Chemicals (Japan)343-00484, Lot.DE132Lineare Formel C9H19NO3S, M1254-250G, Molekulargewicht 221.32
2-Nitroso-1-naphthol (NN)Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI)Artikelnummer N0267Lineare Formel ONC10H6OH, M1254-250G, Molekulargewicht 173,17
Sonnenuntergangsgelb FCFSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 2783-94-0Empirical Formula (Hill Notation) C16H10N2Na2O7S2, Molekulargewicht 452,37, 465224-25G
DiphenylthiocarbazonSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 60-10-6 LineareFormel C6H5NHNHCSN=NC6H5, Molekulargewicht 256,33, 194832-10G
4-HydrazinobenzoesäureSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 619-67-0 LineareFormel H2NNHC6H4CO2H, Molekulargewicht 152,15, 246395-25G
SchwefelkohlenstoffSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 75-15-0 EmpirischeFormel (Hill-Notation) CS2, Molekulares Gewicht 76.14, 335266-100ML
Ethanol absolutSigma– Aldrich Company Ltd. (USA)CAS-Nummer 64-17-5 LineareFormel CH3CH2OH, Molekulargewicht 46.07, 24102-1L-R
Kleinwinkel-Pulver-Röntgenbeugung (XRD) Bruker D8 AdvanceRöntgenbeugungsmuster (XRD) des Kleinwinkelpulvers wurden mit einem 18-kW-Diffraktometer (Bruker D8 Advance) mit monochromisierter CuKα-Strahlung und mit Streureflexionen gemessen, die für 2Θ-Winkel zwischen 0,1° und 6,5° aufgezeichnet wurden, was einem d-Abstand zwischen 88,2 und 1,35 nm entspricht. Zunächst wurden die Pulverproben gemahlen und auf einem Probenhalter verteilt. Die Proben wurden im Bereich von 2θ = 0,1° – 6,5° mit einer Schrittweite von 0,02°. Um die Auflösung der Beugungspeaks mit Standardreproduzierbarkeit in 2&theta zu bestätigen; (± 0,005) wurde die Probenmessung sowohl mit dem Graphitmonochromator als auch mit Gö Bel-Spiegel-Detektoren. Beide Detektoren wurden zur Erzeugung der Fokussierstrahlgeometrie und des parallelen Primärstrahls verwendet. Die Probenmessung wurde dreimal unter Drehung in verschiedenen Graden (15°, 30° und 45°) wiederholt.
N2 Adsorption– Desorptionsisothermen BELSORP MIN-II Analysator (JP. BEL Co. Ltd)N2 Adsorption– Die Desorptionsisothermen wurden mit einem BELSORP MIN-II Analysator (JP. BEL Co. Ltd) in 77 K. Die Porengrößenverteilung wurde aus den Adsorptionsisothermen mit Hilfe der nichtlokalen Dichtefunktionaltheorie (NLDFT) bestimmt. Die spezifische Oberfläche (SBET) wurde unter Verwendung von Mehrpunkt-Adsorptionsdaten aus einem linearen Segment der N2Adsorptionsisothermen unter Verwendung von Brunauer– Emmett– Teller (BET) Theorie. Vor der isothermen N2Analyse wurden alle vorbereiteten Proben bei 100 ° vorbehandelt; C für 8 Stunden unter Vakuum, bis der Druck auf 10&minus ausgeglichen war; 3 Torr.
Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM)JEOL JEM Modell 2100F MikroskopDie hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) wurde mit einem JEOL JEM Modell 2100F Mikroskop durchgeführt. Die HRTEM wurde bei einer Beschleunigungsspannung von 200 kV durchgeführt, um eine Gitterauflösung von 0,1 nm zu erreichen. Die HRTEM-Bilder wurden mit einer CCD-Kamera aufgenommen. Bei der HRTEM-Charakterisierung wurde die Probe mit einem Ultraschallreiniger in Ethanollösung dispergiert und dann auf ein Kupfergitter fallen gelassen. Vor dem Einsetzen der Proben in die HRTEM-Säule wurde das Gitter 20 Minuten lang vakuumgetrocknet. Energiedispersive Röntgen-Mikroanalysatoren (EDX) wurden mit Horiba EDS-130S aufgenommen, das direkt mit dem Hitachi FE-SEM S-4300 verbunden war. Die Elementkartierung aller Proben wurde mit den energiedispersiven Röntgen-Mikroanalysatoren mit einer Beschleunigungsspannung von 30 kV durchgeführt. Pro Probe wurden zehn verschiedene Spots analysiert, was zu 99 %-Konfidenzgrenzen von ± 0,01 in der molaren Fraktion jedes Kations (wobei ihre Summe auf Eins normiert ist). 
UV-Vis-NIR-SpektralphotometerShimadzu 3700Das Absorptionsspektrum des Nanokollektormaterials wurde mit dem UV-Vis-NIR-Spektralphotometer (Shimadzu 3700) gemessen.
Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS)Perkin Elmer Elan-6000 ICP-MSBei der selektiven Entfernung wurden die Metallionenkonzentrationen mittels ICP-AES bestimmt. Das Gerät wurde mit vier Standardlösungen kalibriert, die 0, 0,5, 1,0 und 2,0 mg/l (für jedes Element) enthielten, und der Korrelationskoeffizient der Kalibrierkurve war höher als 0,9999.
Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES)PerkinElmer Elan-6000 
, Die

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