Summary
ونظرا لأهمية واسعة استخدام البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن في معدات تكنولوجيا الفائقة، وشفائهم وإعادة تدوير يشكل تحديا صناعيا هاما. نظام استرداد المعادن الموصوفة هنا هو ومنخفضة التكلفة بسيطة تعني لفعالية الكشف والإزالة، والتعافي من هذه المعادن من منجم في المناطق الحضرية.
Abstract
تطوير منخفضة التكلفة، وكفاءة العمليات لجمع وإعادة تدوير البلاديوم والذهب والمعادن الكوبالت من الألغام في المناطق الحضرية لا يزال يشكل تحديا كبيرا في البلدان الصناعية. هنا، وتطوير mesosensors البصرية / الماصة (اتفاقات خدمات الإدارة) للاعتراف بكفاءة والانتعاش الانتقائي للبالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) من وتحقق الألغام في المناطق الحضرية. وقد وصفت A، طريقة عامة بسيطة لإعداد اتفاقات خدمات الإدارة يقوم على استخدام ذات الترتيب العالي السقالات متجانسة mesoporous. ملفقة الهرمية مكعب الأولى أ 3 د اتفاقات خدمات الإدارة على شكل عربة ذات الدفع عن طريق ترسيخ وكلاء مخلبية (الملونات) في المسام ثلاثية الأبعاد والسطوح الجسيمات المصغر من السقالات متجانسة mesoporous. تظهر النتائج، لأول مرة، دليلا على التعرف الضوئي تسيطر عليها بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات ونظام انتقائي للغاية لاسترداد بالشلل الرعاش (II) الأيونات (إلى ~ 95٪) في الخامات والنفايات الصناعية. وعلاوة على ذلك، وصفت عمليات التقييم التي تسيطر عليهاإشراك عين تقييم الخصائص الذاتية (على سبيل المثال، تغيير البصرية إشارة والاستقرار على المدى الطويل، وكفاءة الامتصاص، حساسية غير عادية، والانتقائية، وإعادة استخدام)؛ وبالتالي، لا يطلب باهظة الثمن، وأدوات متطورة. أظهرت النتائج دليل على أن اتفاقات الخدمات الإدارية سيؤدي إلى جذب انتباه العالم كوسيلة تكنولوجية واعدة للشفاء وإعادة تدوير البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن.
Introduction
القوى الدافعة للاستخدام المتزايد للمعادن مجموعة البلاتين (PGM) هي خصائصها الاستثنائية والحصرية في بعض الأحيان، مما يجعلهم عناصر أساسية في مجموعة واسعة من التطبيقات. PGMs يمكن أن تلعب دورا في بناء مجتمع مستدام، وتستخدم هذه المواد في مجموعة متنوعة من التطبيقات المعاصرة والمنتجات: عملية كيميائية الحفز ومراقبة انبعاثات السيارات وتكنولوجيا المعلومات، الالكترونيات الاستهلاكية، المجوهرات الراقية، وإعداد مواد طب الأسنان، وخلايا الوقود الضوئية ، وبطاريات ليثيوم أيون (LIB) 1-10. على مدى القرن الماضي، والتغيرات الاقتصادية العالمية قد تعمل بالطاقة عن طريق استخدام PGMs. بسبب أهمية PGMs في التكنولوجيات النظيفة والمعدات ذات التكنولوجيا العالية، واستخدام PGMs قد ازداد بشكل ملحوظ في المجتمع الحديث. بسبب الزيادات الحادة في استخدام PGMs، لا سيما في مجال إنتاج الأجهزة الإلكترونية، وقد أدى تراكم النفايات الإلكترونية (النفايات الإلكترونية) إلى بيئة environmentaالتحديات لتر والمخاوف. وعلاوة على ذلك، فإن الزيادة الأخيرة في أسعار السلع الأساسية قد ولدت اهتماما جديدا في التعدين من النفايات الإلكترونية 1-4.
النفايات الإلكترونية تحتوي على كل المواد الخطرة والبلاديوم والذهب والكوبالت المعادن الثمينة. إذا تم التخلص من النفايات الإلكترونية في مدافن النفايات أو لم تعالج بطريقة سليمة بيئيا، فإنها قد تشكل خطر كبير من الضرر البيئي. البلاديوم والذهب والمعادن الكوبالت في النفايات الإلكترونية هي مستدامة و "الأخضر" الموارد الثانوية من هذه المعادن 5-10. لذلك، كفاءة العمليات لاستعادة البلاديوم والذهب والكوبالت هناك حاجة ماسة المعادن من النفايات الإلكترونية.
والتطورات المستقبلية في العديد من المجالات التكنولوجية تتطلب السيطرة على الموارد المعدنية الأولية. بسبب الأهمية المتزايدة للالبلاديوم والذهب والكوبالت المعادن في التطبيقات والحلول الصناعية للمشاكل البيئية 11-13، وتطوير الامتزاز / extractioتقنيات n للحصول على الاعتراف واسترداد هذه المعادن قد أصبح أولوية قصوى.
المعادن الثمينة الرئيسية المستخدمة في المنتجات الالكترونية والفضة والذهب والبلاديوم والبلاتين، وكميات صغيرة من الروديوم 4-8. أصبح يتعافى البلاديوم والذهب حاسم بسبب تركيبة فريدة من نوعها من العقارات في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية، والقيمة الاقتصادية، ونادر الحدوث. وكانت آليات السوق تأثيرا في زيادة معدلات جمع وإعادة تدوير لوحات الدوائر من أجهزة الكمبيوتر التي عفا عليها الزمن، وأجهزة التلفاز والهواتف المحمولة، والأجهزة الإلكترونية الأخرى. المكونات الاستهلاكية ذات الإنتاج الضخم، مثل اللوحات الأم الكمبيوتر، تحتوي على ما يقرب من 80 غراما من المشتريات و 300 غرام من الاتحاد الافريقي طن من النفايات الإلكترونية في المائة؛ المبالغ المقابلة لأجهزة الهاتف المحمول هي 130 غرام من المشتريات و 200 غرام من الاتحاد الافريقي طن من النفايات الإلكترونية في 10/5. يحمل هذا المنجم في المناطق الحضرية كميات هائلة من هذه المعادن (على سبيل المقارنة، الاتحاد الافريقي والمشتريات موجودة بتركيزات منخفضة للغاية في الصخور (~ 4 نانوغرام / غرام) والتربة (1 نانوغرام / غرام)، مياه البحر (0.05 ميكروغرام / لتر)، ومياه النهر (0.2 ميكروغرام / لتر) 14-16). لضمان إمدادات مستمرة وموثوق بها من البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن للابتكارات التكنولوجية المستقبلية والمعدات الالكترونية الجديدة، من المهم تطوير تكنولوجيا فعالة ومنخفضة التكلفة لإعادة تدوير المعادن الثمينة من النفايات الإلكترونية. هذه التكنولوجيا يمكن أن تكون بمثابة تأمين ضد مستقبل شح الخامات النادرة، التي من المتوقع أن يكون نقص في المعروض، أو حتى تستنفد، في غضون 100 سنة.
عنصر مثل الكوبالت له مدخلا أساسيا لما يقرب من جميع خلايا تخزين الطاقة الكهروكيميائية مثل يبس 17-19. بسبب النمو السريع لتكنولوجيا المعلومات واستخدام واسع النطاق من يبس، والإفراج عن يبس كما النفايات الإلكترونية استكشاف تحد بيئي جديد 18-20. لذلك، والتعامل مع هذه النفايات مع الرعاية من قبل استعادة هذه الموارد قد يفتح طريقا جديدا فيالبيئة والتطبيقات الصناعية.
وقد استخدمت عدة منهجيات قوية وراسخة والتقنيات التحليلية للتمييز وتحديد الاتحاد الافريقي (III)، PD (II)، وشركة (II) في خام الطبيعي والنفايات الصناعية، بما في ذلك اللهب والفرن الذري الطيفي الكربون امتصاص، ultraviolet- المرئي (UV-فيما) الطيفي، والتحليل بالتنشيط النيوتروني، وإضافة بالحث البلازما الطيفي 14-16،21-27. على الرغم من تعدد استعمالاتها وتزايد شعبية هذه التقنيات التحليلية تعاني من نواقص كثيرة. على سبيل المثال، وعادة ما تتطلب التخطيط والاختبار الدقيق، تنطوي على العديد من الخطوات إعداد نموذج لتقليل التدخل من العينة مصفوفة، تتطلب أجهزة متطورة والأفراد المدربين تدريبا جيدا، ويجب أن تتم تحت ظروف تجريبية صارمة 17،21. وعلاوة على ذلك، كل هذه التقنيات التحليلية تتضمن ما قبل الاعتقال والفصل الخطوات، مثل تحويلة المذيباتraction، coprecipitation، والتبادل الأيوني، والامتزاز، إلى ما قبل تركيز ايونات المعادن الهدف من مكونات المصفوفة قبل تصميمهم 20-27. وعلاوة على ذلك، يتم استخدام تقنيات معالجة الخامات بالمحاليل المائية وpyrometallurgy عادة في سلسلة المهملات في صناعة 19-22. لذلك، وتطوير الأساليب التحليلية فعالة وفعالة من حيث التكلفة وسهلة الاستخدام لاستعادة البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن من خام الطبيعي والنفايات الصناعية هي مهمة لكل لحماية البيئة والقطاع الصناعي 11-13.
يمكن للتكنولوجيات الجديدة تقدم أساليب جديدة للتحليل الكيميائي واستخلاص المعادن من خام الطبيعي والنفايات الصناعية. وقد أحرز تقدم الأخير في تخفيض التكاليف واختصار الوقت لصنع البصرية nanosensors الكيميائية / الماصة؛ ومع ذلك، لا تزال تستخدم الماصة البصرية للاستشعار محددة في العالم الحقيقي، واستخراج، وطلبات استرداد لمجموعة واسعة من المعادن 28-36. في الآونة الأخيرة، ركزت البحوث على الخياطة كتل معينة mesoporous الصلبة لاستخدامها في أجهزة استشعار حساسة للغاية للكشف عن العين المجردة بسيط ووقت واحد وإزالة ايونات المعادن السامة والمعادن الثمينة، مثل أيونات الزئبق والذهب، من العينات المائية 28-32. هنا، وهي عملية للكشف عن انتقائي واستعادة الاتحاد الافريقي بكفاءة (III) والمشتريات (II) من الابلاغ عن الألغام في المناطق الحضرية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تطبيق عملية الانتعاش من شركة (II) الأيونات من يبس. إعادة تدوير المعادن عن طريق هذه العملية يجب أن لا إلا أن تكون بمثابة مصدر ثانوي من الاتحاد الافريقي (III)، PD (II)، وشركة (II) أيونات ولكن أيضا الحد من التلوث البيئي. التصاميم بروتوكول اتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات تظهر، لأول مرة، دليلا على التعرف الضوئي رقابة من الاتحاد الافريقي (III)، PD (II)، وشركة (II) الأيونات، ونظام انتقائي للغاية لاستعادة المشتريات ( II) الأيونات (إلى ~ 95٪) في الخامات والنفايات الصناعية.
Protocol
1. تصنيع على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات، IA مكعب 3 د Mesoporous متآلف السقالات
ملاحظة: التحكم هندسة مكعب (gyroidal تفضيلي الأولى أ 3 د التماثل) والسطوح الجسيمات المصغر السقالات متجانسة mesoporous باستخدام triblock البوليمرات Pluronic P123 [P123. بولي (الاثيلين oxide- منع -propylene oxide- منع -ethylene أكسيد) (EO 20 PEO 70 EO 20)] كقالب.
- في ظل الظروف العادية، إضافة P123، pentadecane، وميثيل orthosilicate (TMOS) في نسبة الكتلة من 1.6: 2: 1.2 إلى حمض الهيدروكلوريك / H 2 O (الرقم الهيدروجيني ~ 1.0) في دورق كروي 200 مل. ثم يهز الخليط في 45 درجة مئوية حتى تشكيل متجانس سول-جل.
- توصيل القارورة إلى المبخر الدوار، وتتبخر الخليط في 45 درجة مئوية وضغط بدءا من 1023 باسكال. في ظل هذه الظروف، التحلل الطاردة للحرارة والتكثيف من TMOS تحدث بسرعة.
- تواصل evaporatiعلى من الخليط لمدة 10-20 دقيقة للحصول على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات متراصة تشبه الهلام البصرية حول جدار القارورة ربط 37-39.
- تجفيف قارورة تحتوي على متراصة كما صنع في 45 درجة مئوية لمدة 24 ساعة لاستكمال عملية التجفيف.
- علاج المجففة على شكل عجلة عربة متراصة في 450 ° C لمدة 8 ساعة تحت الظروف الجوية العادية.
- طحن متراصة المكلس الصلبة تماما باستخدام هاون ومدقة، وخزن مواد الأرض لاستخدامها لاحقا كمنصة الناقل في تلفيق اتفاقات الخدمات الإدارية.
2. توصيف المواد
- عالية الدقة المجهر الإلكتروني النافذ (HRTEM)
- تفريق 1 ملغ من عينة في 5 مل من محلول الإيثانول باستخدام نظافة بالموجات فوق الصوتية، ومن ثم إسقاط اثنين من قطرات من العينة على الشبكة النحاسية.
- فراغ تجفيف الشبكة لمدة 20 دقيقة قبل إدخال العينات في العمود HRTEM.
- أداء HRTEM باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ متصلة كاميرا CCD. الميكروسكوب سجل HRTEM في الجهد تسارع من 200 كيلو فولت للحصول على قرار شعرية من 0.1 نانومتر.
- N 2 الأيسوثرم الامتزاز-الامتزاز
- عينات في 100 قبل علاج على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات ° C لمدة 8 ساعة تحت فراغ لكي تتوازن الضغط إلى 10 -3 عربة.
- قياس N 2 الأيسوثرم الامتزاز-الامتزاز في 77 K باستخدام مساحة وحجم المسام محلل حسب تعليمات الشركة المصنعة
- تحديد توزيع حجم المسام من الأيسوثرم الامتزاز باستخدام كثافة غير محلي النظرية الوظيفية. حساب مساحة محددة (S BET) باستخدام البيانات الامتزاز متعددة من شرائح خطية من الأيسوثرم الامتزاز N 2 باستخدام بروناور-ايميت-تيلر (BET) نظرية.
- زاوية صغيرة مسحوق حيود الأشعة السينية (XRD)
- قياس أنماط XRD باستخدام ديفراكتوميتر 18 كيلوواط وmonochromated الإشعاع CuKα، حسب الشركة المصنعة &# 39؛ ق التعليمات.
- الحيود سجل باستخدام كل مستوحد اللون الجرافيت وكشف مرآة GÖBEL مع 2θ الزوايا بين 0.1 درجة و 6.5 درجة، الموافق د المباعدة بين 88.2 و 1.35 نانومتر.
- طحن العينة ونشر مسحوق على صاحب العينة. تأكيد قرار من قمم الحيود مع استنساخ القياسية في 2θ (± 0.005 درجة). تكرار قياس العينة ثلاث مرات مع دوران في زوايا مختلفة (15 °، 30 ° و 45 °).
3. تصنيع المشتريات (II) -MSA-1، والاتحاد الافريقي (III) -MSA-2، وشركة (II) -MSA-3
- توليف بالشلل الرعاش (II) -MSA-1 وشركة (II) -MSA-3
ملاحظة: استخدام أسلوب الضغط بمساعدة لتوجيه تعديل شكل عربة ذات الدفع بالعجلات، IA مكعب 3 د كتل من قبل dicarboxylate 1،5-diphenylthiocarbazone (L1) و2-النتروز-1-النفثول (L3) بروابط (0.1 M ETOH حلول) لافتعال بالشلل الرعاش (II) -MSA-1 وشركة (II) -MSA-3، على التوالي.- إضافة آخرونhanolic dicarboxylate 1،5-diphenylthiocarbazone (L1) أو 2-النتروز-1-النفثول (L3) حلول لكتل صلبة عربة عجلة في قارورة المستديرة ومزيج تحت تهتز لمدة 1 دقيقة.
- ربط قارورة تحتوي على المتجانسة ETOH-L1 / الصلبة خليط متراصة إلى المبخر الدوار، وتتبخر الخليط في 45 درجة مئوية وضغط بدءا من 1023 باسكال.
- ربط قارورة أخرى تحتوي على خليط غير متجانس ETOH-L3 / متراصة الصلبة إلى المبخر الدوار، وتتبخر الخليط عند 50 درجة مئوية وضغط يبدأ من 1023 باسكال. إزالة حل ETOH من غير متجانسة ETOH يجند / الصلبة خليط متراصة تحت فراغ عند درجة حرارة الغرفة.
- توضيح آلية تشكيل يجند الصلبة (MSA-1 وMSA-3) من physisorbed قصيرة المدى التفاعلات (أي، فان دير فال وH-الترابط التفاعلات) بين مجموعات الهيدروكسيل وفيرة من المواقع السطحية نشطة للعجلة عربة السقالات على شكل ومتجانسة بروابط 40،41.
- حساب عموUNTS من يجمد L1 و L3 على النحو التالي: س ه = (C 0 - C ه) V / م، حيث q e هو مقدار كثف، والخامس هو حجم الحل (L)، م هو كتلة من شركات الطيران (ز)، وC 0 و C ه هي تركيزات التحقيق الأولية وطاف على التوالي. ويمكن توقع أن يكون حوالي 0،09 مليمول / ز مبلغ يجمد L1 و L3.
- توليف الاتحاد الافريقي (III) -MSA-2
ملاحظة: تطبيق اللبنات بروتوكول لتجميع الاتحاد الافريقي (III) -MSA-2:- شل 40 مل من 0.1 M حل الإيثانول من بروميد dilauryldimethylammonium (DDAB) إلى 0.5 غرام من السقالات على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات HOM باستخدام المبخر الدوار لإنتاج شكل عربة ذات الدفع بالعجلات كتل HOM-DDAB.
- حل 20 ملغ من hydrophilic6-هيدروكسي-5- (4 sulfonatophenylazo) -2-naphthalenesulfonic ملح ثنائي الصوديوم حمض (L2) يجند في 80 مل من الماء DI. إضافة 0.5 غرام من كتل صلبة HOM-DDAB. الن إزالة H 2 O الحل عن طريق الترشيح.
- غسل HOM-DDAB-L2 مع الماء منزوع الأيونات حتى يتم مزال لا L2. ثم العينة الجافة في 65-70 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. ملاحظة: تأسست 0،07 مليمول من L2 يجند كل غرام من HOM سقالة في HOM-DDAB 42.
- توضيح آلية تشكيل (MSA-2) على أساس التفاعل L2-DDAB الصلبة.
4. الدراسات دفعة لكشف المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات
- تزج 20 ملغ من MSA-1، MSA-2، وMSA-3 في مزيج من المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات (أيون تركيز: 2 ملغ / L) ؛ ضبط مستوى الصوت إلى 20 مل ودرجة الحموضة إلى قيمة الرقم الهيدروجيني المناسبة من 2 و 7 و 5.2 على التوالي.
- يهز ميكانيكيا الخلائط في حمام مائي درجة الحرارة التي تسيطر على 25 ° C لمدة 45 دقيقة بسرعة التحريض المستمرة من 300 دورة في الدقيقة.
- تصفية اتفاقات خدمات الإدارة خلال 25 ملم رقة الترشيح. بعد موازنة، استخدم تقييم اللون البصرية وانعكاس أطياف measuremالوالدان لتحديد تركيز أيون.
- تحديد المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) استهداف تجمعات أيون بمقارنة شدة الانعكاس من MSA-1، MSA-2، وMSA-3 في λ ماكس 384، 486، و 537 نانومتر، على التوالي، خلال إضافة تركيز غير معروف من العينات المستهدفة مع تلك التركيز المعياري للعينة المستهدفة.
- إجراء تجارب أخرى باستخدام الهدف بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) تركيزات الأيونات في قيمة الرقم الهيدروجيني المثلى من 2 و 7 و 5.2 على التوالي، وذلك باستخدام الأشعة فوق البنفسجية تجاه الطيفي. يتم استخدام جزء في المليون (جزء في المليون، ملجم / لتر)، وهي جزء من البليون (جزء في البليون، ميكروغرام / لتر)، والمولي (مول / لتر) وحدة لتحديد تركيز أيون الهدف في الحل.
5. طريقة لإزالة بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات
- تزج 40 ملغ من كل MSA على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات في خليط من المشتريات محددة (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) تركيزات أيون. ضبط درجة الحموضة من خليط لقيم معينة من 2 و 7 و 5.2 على التوالي، في حجم 20 مترلتر، وخليط ضجة لمدة 2 ساعة على RT.
- تصفية اتفاقات خدمات الإدارة الصلبة وتحليل الترشيح من قبل إضافة بالحث الطيفي كتلة البلازما (ICP-MS) 28-30.
- حساب الأيسوثرم انجميور على أساس المعادلة التالية 43:
حيث C ه وتركيز أيون الهدف، ف ه هو مقدار أيون الهدف في حل معايرتها، س م (ملغ · ز -1) هو كمية المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، أو شركة (II) أيونات إزالة ل تشكل تغطية أحادي الطبقة، وK L هو انجميور امتزاز توازن ثابت. على سبيل المثال، فإن البيانات ف م تشير إلى إزالة العملية للايونات المعادن من الوسط المائي مع كفاءات امتصاص عالية (97٪ -98٪). وعلاوة على ذلك، K L القيم تتفق مع معدلات الامتزاز / الامتزاز، مشيرا إلى عكسها تماما فحوصات امتصاص المعادن. 6. تشكيل المعادن ليجند الثوابت الملزمة في شكل عربة ذات الدفع بالعجلات اتفاقات الخدمات الادارية - تحديد ثوابت الاستقرار (تسجيل K ق) من [Pd- (L1) 2]، [Au- (L2)]، و [المشارك (L3) 2] المجمعات في درجة الحموضة 2 و 7 و 5.2، والتي من المتوقع أن يكون حول 5.8، 4.9، و 7.9، على التوالي.
- حساب ثوابت الاستقرار وفقا للمعادلة التالية 28-32:
تسجيل K = ق ([ML] S / [L] S) × [M]
حيث [M] هو تركيز الحرة بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، أو شركة (II) الأيونات في الحل. [L] يمثل تركيز L الحرة (أي، L يست ملزمة للبالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، أو شركة (II) الأيونات)؛ ومنخفض S يشير إلى التركيز الكلي للبالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، أو شركة (II) الأيونات في المرحلة الصلبة من وزارة الشؤون الإجتماعية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات. - تحديد حدود الكشف (اللد) اتفاقات الخدمات الإدارية للبالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات على النحو التالي:
اللد = 3σ / Ψ
حيث σ وΨ هي الانحراف المعياري والمنحدر من معايرة الرسم البياني 40-42. - ضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول استخراج إلى 2، 7، و 5.2 للبالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات. تغيير تركيزات بالتدخل ايونات المعادن إلى ≤5 أضعاف تركيزات بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) أيونات الهدف. إضافة 2 مل من وكيل تشكيل معقدة (على سبيل المثال، 0،3-0،5 M سترات / طرطرات) إلى حل المستخرجة قبل إضافة أيونات الهدف لكبح جماح بنشاط الرد النحاس (II) الأيونات.
- حل مجلس إدارة PCI في الأحماض القوية للحصول على ايونات المعادن في الحل.
- إضافة اتفاقات خدمات الإدارة إلى محلول يحتوي على المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) أيونات لاستخراج هذه الأيونات إلى الصلبةاتفاقات خدمات الإدارة.
- تصفية اتفاقات خدمات الإدارة الصلبة وتحليل الترشيح من قبل ICP-MS.
7. الانتقائي ليثيوم-استخراج نظام التجريبية
ملاحظة: تأكد المعادن ليجند محددة وقوية ملزمة على النحو التالي:
8. ريال استخراج المعادن من منجم الحضري
Representative Results
ملفقة مكعب الأولى أ 3 د السقالات متجانسة gyroidal الدورية واتفاقات خدمات الإدارة على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات مع أسطواني كبير المسام المفتوحة (تصل إلى 10 نانومتر في القطر) باستخدام الضغط بمساعدة النموذجيه مباشر مع نظام P123 البوليمرات microemulsion. الميكروسكوب TEM اتفاقات الخدمات الإدارية تظهر قنوات عربة عجلة تشبه نظمت في أحجام نطاق كبير وهندستها توجهي مختلفة في gyroidal bicontinuous مكعب الأولى أ 3 د mesostructures (الشكل 1). على الرغم من أن تحقيقات L1، L2، وL3 تم physisorbed مباشرة في السقالات متجانسة (~ 80 ملغ من التحقيق في كل غرام من سقالة)، وفرت اتفاقات الخدمات الادارية السيطرة على تسرب محتمل من بروابط عليه الغسل، والاستشعار حالة المقايسات، والمعالجة الكيميائية خلال دورات تجديد / إعادة الاستخدام.
ظهرت عجلة عربة تشبه شكل مسام مكعب الأولى أ 3 د هياكل اتفاقات الخدمات الإدارية، كما يتضح من الصور TEM (الشكل 1). الالميكروسكوب HRTEM سجلت على طول الوجه المهيمن في [111] الاتجاه تشير إلى تشكيل مكعب ثنائية المستمر مورفولوجيا سطح 37-39. وكانت ستة أضعاف قنوات متماثل مع ربط نانو الحجم مختلفة في عجلة عربة تشبه شكل المسام خصائص الهياكل مكعب Ia3d شعرية اتفاقات الخدمات الإدارية (الشكل 1، وسط) 44. وعلاوة على ذلك، فإن الاتفاق في شعرية خلية وحدة تحديد بواسطة الميكروسكوب TEM (22.5 نانومتر) مع المعلمة خلية وحدة يحددها الصغيرة زاوية XRD (أ = د 211 √6) إلى تشكيل مكعب التشكل Ia3d MSA.
من ظهور المسام من مختلف الأشكال الهندسية في هذا التوجه ستة أمثالها حول كل نمط عجلة عربة هو سمة أساسية من سمات المشتريات للرقابة (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) أيون نشر، الامتزاز، والانتعاش. الشكل 2B يشير إلى أن هندستها المسام شكل موحد والخصائص التكوينية للمكعب
خصوصية وحساسية اتفاقات خدمات الإدارة على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات لهدف المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) كانت تسيطر الأيونات عن طريق ضبط درجة الحموضة إلى 2 و 7 و 5.2 على التوالي. هذه القيم الرقم الهيدروجيني محددة هي الأكثر ملاءمة لرصد وإزالة ايونات المعادن باستخدام اتفاقات الخدمات الادارية (الشكل 6A) انتقائي، حساسة، وكفاءة. إجراء القياس الكمي للاستشعار / التقاط بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) أيونات مع MSA-1، MSA-2، وMSA-3 المعنية كشف عن تغيرات في كثافة اللون في بعض الأحيان استجابة اللون (R ر) 2، 3، و 5 دقائق، على التوالي. لتقييم الحساسيات اتفاقات الخدمات الإدارية، تم رصدها بعناية التحولات اللون في الأطياف الانعكاس التي يمكن الكشف عنها بواسطة العين البشرية على نطاق واسع من تركيزات أيونات المعادن(0-5،000 ميكروغرام / لتر). أرقام 6B-D تظهر التغيرات في لون وانعكاس شدة MSA-1، MSA-2، وMSA-3 في λ ماكس 384، 486، و 537 نانومتر، على التوالي. هذه التغييرات تشير المعدنية ليجند الأحداث ملزمة خلال تشكيل ثماني السطوح [Pd- (L1) 2]، مربع مستو [Au- (L2)]، وثماني السطوح [المشارك (L3) 2] المجمعات (الاستقرار ثوابت هذه المجمعات هي أعلى من تلك المجمعات المتنافسة أيون؛ الشكل 7). والانعكاس الردود الطيفية للاتفاقات خدمات الإدارة أشارت كفاءة الكشف / الاعتراف المعادن. بالإضافة إلى ذلك، يبين الشكل 6F أن اتفاقات خدمات الإدارة هي فعالة جدا في إزالة ومراقبة المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من الألغام في المناطق الحضرية والحلول LIB على نطاق واسع من تركيزات (من ميكروغرام / L ل ملغم / لتر) وحتى في حدود منخفضة التركيز من 0.19، 0.6، و 0.51 ميكروغرام / لتر على التوالي.
الكفاءات ايون الاستشعار / ايون إزالة واغون على شكل عجلة اتفاقات خدمات الإدارة نحو بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) تم تقييم الأيونات في غياب وحضور أيونات التدخل (الشكل 7). وكانت تغييرات كبيرة في أنماط الألوان والأطياف الانعكاس مرئية واضحة، في معظم الحالات، عند إضافة 1-18 أيونات المتنافسة [أي (G1) من K (I)، نا (I)، لي (I)، الكالسيوم (II )، الحديد (III)، والنحاس (II)؛ (G2) من الكادميوم (II) والرصاص (II) والزئبق (II)، النيكل (II)، المنغنيز (II)، ص (III)؛ و(G3) من بي (III)، الزنك (II)، دى (III)، ايه (III)، هو (III)، ولوس انجليس (III)] إلى بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) نظم أيون، مؤكدا الإزالة الانتقائية والرصد الفعال لهدف (T) الأيونات. تركيزات منخفضة من النيكل (II) والنحاس (II)، والحديد (III) تدخلت الأيونات، ولكن تم القضاء على التدخلات باستخدام 0.3-0.5 M سترات / حل طرطرات كعامل قمعها. أي تغييرات فاي غير قادر على signi في أنماط الألوان واضحة وإعادة فلوريدا ectance الأطياف وقعت على إضافة تركيزات عالية من مختلف الكاتيونات في الظروف المثلى ايون الاستشعار / القبض على (عH 2 و 7 و 5.2 و 40 ملغم من اتفاقات الخدمات الإدارية، 20 حجم مل، 25 ° C) (الشكل 7). وأشارت هذه النتائج تحديد انتقائية والقبض على أيونات الهدف في مجموعة واسعة من العينات الحقيقية التي تحتوي على تركيزات عالية من الأيونات 45،46 المتنافسة.
تم تقييم إعادة استخدام اتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات عن طريق فحص الأطياف الانعكاس من أيون الهدف الاستشعار / القبض المقايسات وتحديد كفاءة امتصاص (E٪) كدالة للدورة تجديد / إعادة الاستخدام. وقد أجريت عملية إعادة التدوير من خلال تجريد بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من الأسطح MSA (أي decomplexation). تم انجازه Decomplexation عن طريق معالجة بالشلل الرعاش (II) - والاتحاد الافريقي (III) -، وشركة (II) -MSAs مع 0.1 M HClO 4، 0.1 M ثيوريا في 1٪ حمض الهيدروكلوريك المركز، و2M حمض الهيدروكلوريك، على التوالي. تم تنفيذ العلاج decomplexation مرارا وتكرارا لإزالة بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي تماما (III)، وشركة (II) الأيونات من الأسطح MSA. الأشعة فوق البنفسجية تجاه spectrosاستخدمت نسخة وICP-MS للتأكد من أن الأسطح MSA كانت خالية من المعادن (الشكل 8). تم حساب الكفاءة امتصاص لMSA-1، MSA-2، وMSA-3 كنسبة مئوية (C A / C 0)، حيث C A هو الهدف امتصاص تركيز أيون التي كتبها اتفاقات خدمات الإدارة الصلبة وC 0 هو الأولي للتركيز أيون الهدف. وأشارت النتائج إلى أن ظائف اتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات واستمرت أكثر من ثماني دورات تجديد / إعادة 46،47.
انتعاش المشتريات (II) والاتحاد الافريقي (III) من الخردة الإلكترونية (أي، لوحات PCI) وشركة (II) من يبس أجريت في عدة مراحل:
وكانت المرحلة الأولى من الفصل الميكانيكي من مطحون مكونات لوحة PCI.
وتضمنت المرحلة الثانية من عملية المعالجة بالسوائل، حيث تم تتسرب رقائق مجلس PCI (مصدر النفايات الإلكترونية) في خليط من 2 MH 2 SO 4 لالثاني 0.2 MH 2 O 2 في 90 درجة مئوية لمدة 6 ساعات لإذابة المعادن الأساسية (النحاس، الحديد، النيكل، آل لى، المنغنيز، شركة والزنك) وتعليق من البلاستيك المذاب جزئيا وبالشلل الرعاش (II) والاتحاد الافريقي (III ) أيونات 8. بعد الترشيح من البلاستيك غير منحل، وترشح بقايا مع حمض المشترك من حمض الهيدروكلوريك وHNO 3 (3: 1) عند 70 درجة مئوية لمدة 3 ساعات لتكوين محلول قابل للذوبان من المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، حج (I )، الحديد (III)، القصدير (IV) و آل (III) الأيونات. والحديد (III)، القصدير (IV) و آل (III) أيونات تترسب عن طريق رفع درجة الحموضة حل يصل إلى 4.5 باستخدام 2 M هيدروكسيد الصوديوم وتصفيتها خارج. وقد عجلت أجكل باستخدام كلوريد الصوديوم وتصفيتها من (الشكل 9). بالإضافة إلى ذلك، تم علاج مكونات النفايات يبس مع HNO 3، مما يؤدي إلى مزيج من شركة (II)، النيكل (II)، المنغنيز (II)، لي (I)، الحديد (III)، و آل (III) الأيونات.
وتضمنت المرحلة الثالثة سلسلة من التجارب الدفعة التي نفذت في إطار الظروف التجريبية التي تسيطر عليها. في هذه التجارب، وتنقيته حلول ليتش، PD (II) والاتحاد الافريقي (III)تم انتشال الأيونات من الحلول الخردة الإلكترونية باستخدام MSA-1 وMSA-2 (انظر الشكل 9)، وشركة (II) وقد تعافى من المنتجات الرئيسية للحل LIB باستخدام MSA-3 (الجدول 1). بعد الإزالة، تم تحليل الترشيح من قبل ICP-MS.
في المرحلة الرابعة، وجرعات نسبة المشتريات (II) والاتحاد الافريقي (III) بواسطة MSA-1 وMSA-2 من الحقيقي الحضري خليط مركب الألغام [0.119 ملغ / L بالشلل الرعاش (II)، 0.35 ملغ / L الاتحاد الافريقي (III )، 0.23 ملغ / L حج (I)، 7.05 ملغ / L النحاس (II)، 5.78 ملغ / L ني (II)، 13.35 ملغم / لتر الحديد (III)، 7.09 ملغ / L ص (III)] كانت تحديدها. وقد استخدم MSA-3 لتقدير التعافي من شركة (II) الأيونات من الحقيقي LIB خليط مركب [1.75 ملغ / L شركة (II)، و 420 ملغ / L ني (II)، و 350 ملغ / L المنغنيز (II)، 370 ملغم / لتر لي (I)، 7 ملغ / L الحديد (III)، 1 ملغ / L ص (III)]. كفاءة امتصاص بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات التي كتبها MSA-1، MSA-2، وMSA-3 وتحسب على النحو التالي: E٪ = C A / C ه = C 0 - C ه / C
تجارب الانتعاش المرحلة الخامسة المعنية باستخدام وكلاء تجريد (الشكل 3-5) للافراج عن المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من الأسطح MSA على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات. تم حساب كفاءة الاسترداد (R٪) على النحو التالي: R٪ = C R / C A، C حيث R هو تركيز أيون الهدف الذي صدر في حل من قبل وكيل تجريد. يحلل ICP-MS من الحلول التي تم جمعها إلى أن >> 98٪ من ايونات المعادن نحن إعادة إصدارها من قبل كيميائية بسيطة تجريد (الجدول 1). هذه النتيجة تشير إلى أن مستويات ضئيلة جدا من المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) تم استخلاص أيونات من الألغام في المناطق الحضرية عن طريق اتفاقات الخدمات الإدارية.
الشكل 1. التحقيق في الهندسة على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات. الميكروسكوب HRTEM من نمط عجلة عربة في مكعب الأولى أ 3 د هياكل اتفاقات الخدمات الإدارية. مركز: شكل الكريستال.
الشكل 2. تحديد شعرية وضوح الشمس وسطح المعلمات mesostructured المسام على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات. أنماط XRD (A) وN 2 الامتزاز / الأيسوثرم الامتزاز (B) من شكل عربة ذات الدفع بالعجلات، مكعب الأولى أ 3 د اتفاقات خدمات الإدارة.
FO: المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> 
الشكل 3. الهندسية المنتظمة للMSA-1. تلفيق بالشلل الرعاش (II) -MSA-1 وشركة (II) -MSA-3 عن طريق أسلوب الضغط المساعدة.
الرقم 4. الهندسية المنتظمة للMSA-3. تصنيع شركة (II) -MSA-3 عن طريق أسلوب الضغط المساعدة.
الرقم 5. الهندسية المنتظمة للMSA-2. تلفيق الاتحاد الافريقي (III) -MSA-2 عبر بروتوكول اللبنات.
الرقم 6. التحكم بالشلل الرعاش (II) التي تعتمد على درجة الحموضة والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) ايون الصورةensing النظم. (A) لمحات درجة الحموضة رد MSA-1، MSA-2، وMSA-3 خلال الاستشعار عن بعد وإزالة المقايسات الهدف بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات (III)، وشركة (II) الأيونات. تم رصد كفاءة الأطياف الانعكاس بوصفها وظيفة من درجة الحموضة في λ الحد الأقصى = 384، 486، و 537 نانومتر، على التوالي. (B - D) الهدف تركيز أيون بوصفها وظيفة من الأطياف الانعكاس من MSA-1، MSA-2، وMSA-3، على التوالي. خرائط (E) اللون لاتفاقات الخدمات الإدارية مع إضافة 2 جزء في المليون بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II). (F) قطع معايرة (R - R 0) مقابل [M ن +] لMSA-1، MSA-2، وMSA-3. ملاحظة: R و R 0 تمثل الانعكاس اتفاقات الخدمات الإدارية مع وبدون إضافة أيونات الهدف، على التوالي.
الرقم 7. دراسة بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) نظم ايون انتقائية (A - C). الانتقائية من MSA-1، MSA-2، وMSA-3 على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات نحو بالشلل الرعاش (II) (2 ملغم / لتر)، والاتحاد الافريقي (III) (1 ملغ / لتر)، وشركة (II) (2 ملغ / L) ايون الاستشعار عن بعد والمقايسات ايون الإزالة. (D) استجابة اللون متتابعة ofMSA-1، MSA-2، وMSA-3 (فارغة، أي خالية من المعادن فحص) نحو الهدف بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات على إضافة التدخل الأيونات في واحد، ثنائي، ومجموعة من الأيونات (G1-G3).
الرقم 8. إعادة استخدام اتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات (A) تقييم شكل عربة ذات الدفع بالعجلات، البصرية المقايسات الاستشعار / إزالة أيونات الهدف بعد ثمانية دورات تجديد / إعادة الاستخدام (الهدف تركيز أيون: 2 ملغم / لتر، ودرجة الحموضة وقيم الوقت استجابة لإشارة MSA-1، MSA-2، وMSA-3: الرقم الهيدروجيني = 2، 7، وهود 5.2، R = ر 2 و 3 و 5 دقائق؛ ر = 25 درجة مئوية). (B) كفاءة امتصاص مقابل عدد دورة تجديد.
الرقم 9. الانتعاش الحقيقي بالشلل الرعاش (II) والاتحاد الافريقي (III) الأيونات من الحلول الخردة الإلكترونية. العلاج بالسوائل لوحات PCI وانتعاش المشتريات (II) والاتحاد الافريقي (III) الأيونات من الحلول الخردة الإلكترونية.
| الأيونات المستهدفة | الهدف ايون تقرير | أيونات الهدف (ملغم / لتر) | ايونات المعادن تعايشت (ملغم / لتر) | ه ٪ | R٪ | PD (II) | C 0 | 0،119 | AG (I): 0.23 والاتحاد الافريقي (III): 0.35، آل (III): 7.09، النيكل (II): 5.78، الحديد (III): 13.35، النحاس (II): 7.05 | 79 | 97 |
| C ه | 0.025 | AG (I): 0.225، والاتحاد الافريقي (III): 0.351، آل (III): 7.11، النيكل (II): 5.77، الحديد (III): 13.32، النحاس (II): 6.95 | |||||||||
| C R | 0.0913 | AG (I): 0.00 والاتحاد الافريقي (III): 0.001، آل (III): 0.00، ني (II): 0.002، الحديد (III): 0.005، النحاس (II): 0،009 | |||||||||
| الاتحاد الافريقي (III) | C 0 | 0.35 | AG (I): 0.23، PD (II): 0.119، آل (III): 7.09، النيكل (II): 5.78، الحديد (III): 13.35، النحاس (II): 7.05 | 68 | 98 | ||||||
| C ه | 0.11 | AG (I): 0.231، PD (II): 0.118، آل (III): 7.00، النيكل (II): 5.66، الحديد (III): 13.29، النحاس (II): 6.92 | |||||||||
| C R | 0.235 | AG (I): 0.00، PD (III): 0.002، آل (III): 0.00، ني (II): 0.004، الحديد (III): 0.003، النحاس (II): 0.01 | |||||||||
| شارك (II) | C 0 | 1.75 | ني (II): 420، المنغنيز (II): 350، لي (I): 370، الحديد (III): 2.00 ص (III): 0.40 | 66.3 | 95 | ||||||
| C ه | 0.59 | ني (II): 419.34، المنغنيز (II): 350.06 لى (I): 370، الحديد (III): 1.91، آل (III): 0.05 | |||||||||
| C R | 1.15 | ني (II): 0.85، المنغنيز (II): 0.00 لى (I): 0.00، الحديد (III): 0.05، آل (III): 0.02 |
الجدول 1. تحديد الكمي للايونات المعادن في عينات حقيقية. ICP-MS البيانات التحليلية لاسترداد بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات في الخردة الإلكترونية وحلول ليب.
Discussion
الطلب العالمي يتزايد لوسيلة لبدقة وبسرعة كشف، بشكل انتقائي الاعتراف، واستعادة بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من الخردة الإلكترونية وحلول ليب. لمعالجة هذه المسألة، على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات، اتفاقات الخدمات الادارية البصرية للكشف الكيميائي / إزالة / استخراج واسترجاع هذه الأيونات المعدنية وضعت.
في تصميم اتفاقات الخدمات الإدارية، واعتبرت اثنين من العوامل الرئيسية على النحو التالي: (1) مستقبلات و (2) تجميد / transducing السقالات. مستقبلات هي بروابط العضوية المسؤولة عن الانتقائية اتفاقات الخدمات الإدارية. السقالات هي المسؤولة عن الاستقرار، وإعادة استخدام، وحساسية اتفاقات خدمات الإدارة. بسبب قنواتها موحدة للغاية، مساحات كبيرة، وتوزيع حجم المسام، ويمكن السيطرة عليها هيكل عربة عجلة القيادة، والتي ترتبط عادة مع [111] إسقاط مورفولوجية سطح bicontinuous مكعب (الشكلان 1 و 2)، وعربة أساس MSA- عجلة الأولى أ 3 دقدمت السقالات المواد mesostructure السيطرة على مطالب محتملة من هذا الأسلوب الكشف عن / إزالة / استخراج والانتعاش على النحو التالي: (1) استقرار يجند التضمين HOM الصلبة (أي أي نض من بروابط عليه الغسل)، (2) حالة الاستشعار المقايسات، و (3) شروط العلاج الكيميائي أثناء تجديد / دورات إعادة الاستخدام (أي بعد ثمانية دورات)؛ تغطية يجند سطح عالية والتشتت. متانة ميكانيكية. وللتجهيز الانتعاش فعالة من الألغام في المناطق الحضرية.
لافتعال مستقرة وقوية تصميم اتفاقات الخدمات الادارية، وmonofunctionalization عجلة عربة الداخلي سطح المسام أو إدراج المتعاقبة بروابط مختلفة (أي، L1، L2، L3 و، أرقام 3-5) في يمكن تحقيقه عن طريق بمساعدة الضغط السقالات HOM شارك في التكثيف. تم الحصول على ذات الترتيب العالي الهجينة MSA-1 وMSA-3 باستخدام L1 و L3، على التوالي. واستند تصميم تسيطر عليها MSA-2 على ضبطها غرامة الزخرفة السطحية سو في mesoscopic عربة أبنية السقالات عجلة القيادة. وقد تحقق ذلك باستخدام عامل نشط التشتت (DDAB) التي أدت إلى زخرفة كثيفة من مراكز الإشارات L2 داخل عربة تجاويف المسام عجلة القيادة. مع هذه التصاميم MSA، يمكن أن الأيونات المعدنية تتفاعل مع الأنصاف العضوية من قبل الرابطة noncovalent (على سبيل المثال، الرابطة الهيدروجينية)، والتنسيق المعدنية، القوات مسعور، قوى فان دير فال، التفاعلات π-π، و / أو آثار كهرباء والكهرومغناطيسية (الشكلان 3-5 ). في المقايسات الاستشعار عن بعد، اتفاقات خدمات الإدارة nanoengineered يمكن أن يكون سببها هدفا بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، أو شركة (II) الأنواع أيون وتنبيغ الإشارات الضوئية يمكن قياسها تحت الرقم الهيدروجيني التآزر، ودرجة الحرارة رد فعل، ووقت الاتصال (زمن الاستجابة) الظروف، تمكين الربط من المعادن في الجيب يجند مسعور أو ماء أن يحاكي. اتفاقات الخدمات الإدارية المتقدمة إزالة ليس فقط بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) ولكن شريطة الأيونات من المصفوفات البيئية المعقدة أيضا وسيلة لبسيط البصريةتقدير اللونية من تركيز أيون الفلز. الأشعة فوق البنفسجية تجاه الانعكاس الطيفي كميا بحساسية تركيز أيون الفلز على نطاق واسع من تركيز (الأرقام 3-6). وهكذا، اتفاقات خدمات الإدارة توفير حل بسيط وحساس استنادا اللونية للكشف عن تغيرات على نطاق واسع من تركيزات أيونات المعادن وكذلك وسيلة لتقدير حساسية في الأيونات المستهدفة، وبالتالي تجنب الحاجة إلى أدوات متطورة. حتى بتركيزات التتبع جدا (≤0.19 ميكروغرام / لتر)، وتغيير في إشارة الأطياف الانعكاس من أجهزة الاستشعار ظهرت خلال تشكيل المجمعات (الشكل 1).
في نظم الاستشعار / إزالة / استخراج دفعة، والميزة الرئيسية لاتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات هي الانتقائية تجاه أيونات الهدف، وبالتالي منع عائقا عن التدخل أيونات المتنافسة الشكل 6 أكد الإزالة الانتقائية والرصد الفعال للبالشلل الرعاش (II)، الاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من قبلاتفاقات الخدمات الإدارية البصرية. وأشار تغيرات طفيفة في إشارات الانعكاس اتفاقات الخدمات الإدارية في وجود أيونات المتنافسة التي يخلب ضعيفة تشكلت بين المعادن المتنافسة وL1، L2، L3 و، وتحديدا في درجة الحموضة 2 و 7 و 5.2 على التوالي. الانتقائية اتفاقات الخدمات الإدارية يمكن أن يعزى إلى تشكيل ثماني السطوح درجة عالية من الاستقرار [Pd- (L1) 2]، مربع مستو [Au- (L2)]، وثماني السطوح [المشارك (L3) 2] المجمعات.
للحكم على فعالية التكلفة، إعادة التدوير والمتانة اتفاقات الخدمات الإدارية على شكل عربة ذات الدفع بالعجلات بعد تكرار جرى التحقيق تجديد / دورات إعادة استخدام الشكل 8 يدل على أن اتفاقات خدمات الإدارة أبقت على كفاءة عالية للكشف عن / إزالة / استخراج بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي ( III)، وشركة (دورات II) الأيونات على تجديد مكرر / إعادة الاستخدام، على الرغم من الكفاءة العامة انخفض بشكل طفيف بعد دورة تجديد / إعادة السادسة. استقرار مكعب الأولى أ 3 د mesostructure وإدماج L1، L2، L3، وإلى أوالمسام (الناجم عن قوي H-الترابط والتفاعل التشتت) dered عربة عجلة على شكل تلعب أدوارا هامة في الحفاظ على وظائف النظام / القبض على أيون الاستشعار من خلال عدة دورات تجديد / إعادة الاستخدام (انظر الشكل 7).
يتعافى بالشلل الرعاش (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) الأيونات من الألغام في المناطق الحضرية يمكن أن تساعد في الحد من الأضرار البيئية الناجمة عن التعدين هذه المعادن، وخاصة فيما يتعلق تأثير على الأرض والمناخ. باستخدام عينات الألغام الحضرية حقيقية، وقد أظهرت النتائج أن اتفاقات الخدمات الإدارية الموصوفة هنا يمكن استرداد انتقائي المشتريات والاتحاد الافريقي من النفايات الإلكترونية، والتعاون من يبس التخلص منها (الجدول 1 و الشكل 9)، ولكن العملية، عملية قابلة لللا يزال تحديا للتطبيق في المستقبل من استخلاص المعادن من منجم في المناطق الحضرية.
على أساس بروتوكول الإدارة المقترحة، واثنين من المكونات الرئيسية أدوارا هامة في تعزيز إمكانية الوصول أيون الفلز، سعة الامتزاز، والانتعاش خلال عمليات غير المتجانسة. أولا، كبيرة أرض- حجم النسب والمسام اسطوانية مفتوحة للعجلة عربة مكعب الأولى أ 3 د mesostructures (اتفاقات خدمات الإدارة) تشجع الجمعية يجند توجهي (كما يتضح من التفاعل المرن من المشتريات (II)، والاتحاد الافريقي (III)، وشركة (II) أيونات مع L1، L2، L3 و وقابلية عالية لليجند المعادن إلى الأحداث ملزم) (الشكلان 3-5). ثانيا، عمليات الامتزاز / كشف / استخراج انتقائية تعتمد أساسا على هيكل عامل خالب، والظروف التجريبية (خاصة درجة الحموضة)، وتكوين النظام الأيوني، وتركيزات أيونات المعادن، والمعادن ليجند ملزمة الأحداث. على الرغم من أن هذا البروتوكول يظهر تقدما كبيرا في نوعية وكفاءة الطرق الانتعاش، ويلزم بذل المزيد من الجهود بحيث يمكن استخدامها في غيرها من تطبيق تطلبا من النفايات البيئية، التي المخصب مع جرعات عالية من المعادن تنافسية بنشاط مثل النحاس (II)، الحديد (III) لد ني (II) الأيونات.
في الختام، وضعت كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، عربة على شكل عجلة اتفاقات خدمات الإدارة لاستعادة البلاديوم والذهب والمعادن الكوبالت من منجم في المناطق الحضرية. أظهرت النتائج دليل على أن اتفاقات الخدمات الادارية سوف يكون من المفيد في توفير الطريق إلى إمدادات مستدامة من الذهب والبلاديوم، والكوبالت لتلبية احتياجات المجتمع الحديث.
Acknowledgments
وأيد هذا العمل من قبل وزارة التربية والتعليم، الثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا ووزارة البيئة، وحكومة اليابان.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Tetramethylorthosilicate (TMOS) | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 681-84-5 | Molecular Weight 152.22; Linear Formula Si(OCH3)4; 218472-500G |
| Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol), PEG-PPG-PEG, Pluronic® P-123 | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 9003-11-6 | average Mn ~5,800 |
| Sodium citrate tribasic dehydrate | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 6132-04-3 | Linear Formula HOC(COONa)(CH2COONa)2 · 2H2O; Molecular Weight 294.10; S4641-500G |
| Pentadecane, C15 | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 629-62-9 | Linear Formula CH3(CH2)13CH3; Molecular Weight 212.41 |
| N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid (CAPS) | Dojindo Chemicals (Japan) | 343-00484, Lot.DE132 | Linear Formula C9H19NO3S, M1254-250G, Molecular Weight 221.32 |
| 2-Nitroso-1-naphthol (NN) | Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) | Product Number N0267 | Linear Formula ONC10H6OH, M1254-250G, Molecular Weight 173.17 |
| Sunset Yellow FCF | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 2783-94-0 | Empirical Formula (Hill Notation) C16H10N2Na2O7S2, Molecular Weight 452.37, 465224-25G |
| Diphenylthiocarbazone | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 60-10-6 | Linear Formula C6H5NHNHCSN=NC6H5, Molecular Weight 256.33, 194832-10G |
| 4-hydrazinobenzoic acid | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 619-67-0 | Linear Formula H2NNHC6H4CO2H, Molecular Weight 152.15, 246395-25G |
| Carbon disulfide | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 75-15-0 | Empirical Formula (Hill Notation) CS2, Molecular Molecular Weight 76.14, 335266-100ML |
| Ethanol absolute | Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) | CAS Number 64-17-5 | Linear Formula CH3CH2OH, Molecular Weight 46.07, 24102-1L-R |
| Small angle powder X-ray diffraction (XRD) | Bruker D8 Advance | Small angle powder X-ray diffraction (XRD) patterns were measured by using a 18 kW diffractometer (Bruker D8 Advance) with monochromated CuKα radiation and with scattering reflections recorded for 2θ angles between 0.1° and 6.5° corresponding to d-spacing between 88.2 and 1.35 nm. First, the powder samples were ground and spread on a sample holder. The samples were scanned in the range from 2θ = 0.1°–6.5° with step size of 0.02°. To confirm the resolution of the diffraction peaks with standard reproducibility in 2θ (±0.005), the sample measurement was recorded by using both graphite monochromator and Göbel mirror detectors. Both detectors were used to generate focusing beam geometry and parallel primary beam. The sample measurement was repeated three times under rotating at various degrees (15°, 30° and 45°). | |
| N2 adsorption–desorption isotherms | BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd) | N2 adsorption–desorption isotherms were measured using a BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd) at 77 K. The pore size distribution was determined from the adsorption isotherms by using nonlocal density functional theory (NLDFT). Specific surface area (SBET) was calculated using multi-point adsorption data from a linear segment of the N2 adsorption isotherms using Brunauer–Emmett–Teller (BET) theory. Before the N2 isothermal analysis, all prepared samples were pre-treated at 100 °C for 8 hr under vacuum until the pressure was equilibrated to 10−3 Torr. | |
| High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) | JEOL JEM model 2100F microscope | High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) was performed using a JEOL JEM model 2100F microscope. HRTEM was conducted at an acceleration voltage of 200 kV to obtain a lattice resolution of 0.1 nm. The HRTEM images were recorded using a CCD camera. In the HRTEM characterization, the sample was dispersed in ethanol solution using an ultrasonic cleaner, and then dropped on a copper grid. Prior to inserting the samples in the HRTEM column, the grid was vacuum dried for 20 min. Energy Dispersive X-ray micro-analyzers (EDX) were recorded by employing Horiba EDS-130S, which directly connected with Hitachi FE-SEM S-4300. Elemental mapping of all samples was carried out with the energy dispersive X-ray micro-analyzers with an acceleration voltage of 30 kV. Ten distinct spots were analyzed per sample, which resulted in 99% confidence bounds of ±0.01 in the molar fraction of each cation (with their sum normalized to unity). | |
| UV-Vis-NIR spectrophotometer | Shimadzu 3700 | The absorbance spectrum of the nano-collectors material was measured by UV-Vis-NIR spectrophotometer (Shimadzu 3700). | |
| Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) | Perkin Elmer Elan-6000 ICP-MS | In selective removal, metal ion concentrations were determined by ICP-AES. The instrument was calibrated using four standard solutions containing 0, 0.5, 1.0 and 2.0 mg/L (for each element) and the correlation coefficient of calibration curve was higher than 0.9999. | |
| inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) | PerkinElmer Elan-6000 |
References
- Chung, S. -W., Murakami-Suzuki, R. A Comparative study of e-waste recycling systems in Japan, South Korea and Taiwan from the EPR perspective: Implications for Developing Countries. Promoting 3Rs in developing countries-Lessons from the Japanese experience. Kojima, M. , Institute of Developing Economies, JETRO. 125-145 (2008).
- Li, J., Lu, H., Guo, J., Xu, Z., Zhou, Y. Recycle technology for recovering resources and products from waste printed circuit boards. Environ. Sci. Technol. 41 (6), 1995-2000 (2007).
- Ammen, C. W. Recovery and Refining of Precious Metals. , Springer. New York. 99-138 (1984).
- Hageluken, C. Recycling the platinum group metals: A European Perspective. Platinum Metals Rev. 56 (1), 29-35 (2012).
- Hall, W. J., Williams, P. T. Separation and recovery of materials from scrap printed circuit boards. Resour. Conserv. Recy. 51 (3), 691-709 (2007).
- Tuncuk, A., Stazi, V., Akcil, A., Yazici, E. Y., Deveci, H. Aqueous metal recovery techniques from e_scrap: Hydrometallurgy in recycling. Miner. Eng. 25 (1), 28-37 (2012).
- Huang, K., Guo, J., Xu, Z. Recycling of waste printed circuit boards: A review of current technologies and treatment status in China. J. Hazard. Mater. 164 (2-3), 399-408 (2009).
- Oh, C. J., Lee, S. O., Yang, H. S., Ha, T. J., Kim, M. J. Selective leaching of valuable metals from waste printed circuit boards. J. Air Waste Manage. 53 (7), 897-902 (2003).
- Birloaga, I., De Michelis, I., Ferella, F., Buzatu, M., Vegliò, F. Study on the influence of various factors in the hydrometallurgical processing of waste printed circuit boards for copper and gold recovery. Waste Manage. 33 (4), 935-941 (2013).
- Park, Y. J., Fray, D. J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 164 (2-3), 1152-1158 (2009).
- El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M., Awual, M. R. Optical mesosensors for monitoring and removal of ultra-trace concentration of Zn(II) and Cu(II) ions from water. Analyst. 137 (22), 5208-5214 (2012).
- El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M., Awual, M. R. Mesoporous aluminosilica sensors for the visual removal and detection of Pd(II) and Cu(II) ions. Microporous Mesoporous Mater. 166, 195-205 (2013).
- Khairy, M., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A. Environmental remediation and monitoring of cadmium. TrAC Trends Anal. Chem. 62, 56-68 (2014).
- Elci, L., Soylak, M., Buyuksekerci, E. B. Separation of gold, palladium and platinum from metallurgical samples using an amberlite XAD-7 resin column prior to their atomic absorption spectrometric determination. Anal. Sci. 19 (12), 1621-1624 (2003).
- Medved, J., Bujdos, M., Matus, P., Kubova, J. Determination of trace amounts of gold in acid-attacked environmental samples by atomic absorption spectrometry with electrothermal atomization after preconcentration. Anal. Bioanal. Chem. 379 (1), 60-65 (2004).
- Liu, P., Pu, Q., Su, Z. Synthesis of silica gel immobilized thiourea and its application to the on-line preconcentration and separation of silver, gold and palladium. Analyst. 125 (1), 147-150 (2000).
- El-Safty, S. A. Functionalized hexagonal mesoporous silica monoliths with hydrophobic azo- chromophore for enhanced Co(II) ion monitoring. Adsorption. 15 (3), 227-239 (2009).
- Zhao, J. M., Shen, X. Y., Deng, F. L., Wang, F. C., Wu, Y., Liu, H. Z. Synergistic extraction and separation of valuable metals from waste cathodic material of lithium ion batteries using Cyanex272 and PC-88A. Sep. Purf. Technol. 78 (3), 345-351 (2011).
- Swain, B., Jeong, J., Lee, J. C., Lee, G. H., Sohn, J. S. Hydrometallurgical process for recovery of cobalt from waste cathodic active material generated during manufacturing of lithium ion batteries. J. Power Sources. 167 (2), 536-544 (2007).
- El-Safty, S. A., Awual, M. R., Shenashen, M. A., Shahat, A. Simultaneous optical detection and extraction of cobalt(II) from lithium ion batteries using nanocollector monoliths. Sens. Actut. B Chem. 176, 1015-1025 (2013).
- Barefoot, R. R., Van Loon, J. C. Recent advances in the determination of the platinum group elements and gold. Talanta. 49 (1), 1-14 (1999).
- Gureva, R. F., Savvin, S. B. Spectrophotometric methods for determining noble metals. J. Anal. Chem. 57 (11), 980-996 (2002).
- Zhang, S., Pu, Q., Liu, P., Sun, Q., Su, Z. Synthesis of amidinothioureido-silica gel and its application to flame atomic absorption spectrometric determination of silver, gold and palladium with on-line preconcentration and separation. Anal. Chim. Acta. 452 (2), 223-230 (2002).
- Hinds, M. Determination of gold, palladium and platinum in high purity silver by different solid sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry methods. Spectrochim. Acta B. 48 (3), 435-445 (1993).
- Elshehy, E. A., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Khairy, M. Design and evaluation of optical mesocaptor for the detection/recovery of Au(III) from an urban mine. Sens. Actuat. B Chem. 203, 363-374 (2014).
- Safavi, A., Shams, E. Highly sensitive and selective measurements of cobalt by catalytic adsorptive cathodic stripping voltammetry. Talanta. 51 (6), 1117-1123 (2000).
- Singh, A. K., Mehtab, S., Saxena, P. A novel potentiometric membrane sensor for determination of Co2+based on 5-amino-3-methylisothiazole. Sens. Actut. B-Chem. 120 (2), 455-461 (2007).
- Shenashen, M. A., Elshehy, E. A., El-Safty, S. A., Khairy, M. Visual monitoring and removal of divalent copper, cadmium, and mercury ions from water by using mesoporous cubic Ia3d aluminosilica sensors. Sep. Purif. Technol. 116, 73-86 (2013).
- Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A. Architecture of optical sensor for recognition of multiple toxic metal ions from water. J. Hazard. Mater. 260, 833-843 (2013).
- Khairy, M., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Elshehy, E. A. Hierarchical inorganic-organic multi-shell nanospheres for intervention and treatment of lead-contaminated blood. Nanoscale. 5 (17), 7920-7927 (2013).
- El-Safty, S. A., Khairy, M., Ismael, M. Visual detection and revisable supermicrostructure sensor systems of Cu(II) analytes. Sens. Actut. B-Chem. 166-167, 253-263 (2012).
- Rampazzo, E., Brasola, E., Marcuz, S., Mancin, F., Tecilla, P., Tonellato, U. Surface modification of silica nanoparticles: a new strategy for the realization of self-organized fluorescence chemosensors. J. Mater. Chem. 15 (27-28), 2687-2696 (2005).
- Han, W. S., Lee, H. Y., Jung, S. H., Lee, S. J., Jung, J. H. Silica-based chromogenic and fluorogenic hybrid chemosensor materials. Chem. Soc. Rev. 38 (7), 1904-1915 (2009).
- Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A., Khairy, M. Hexagonal-prism-shaped optical sensor/captor for the optical recognition and sequestration of PdII ions from urban mines. Eur. J. Inorg. Chem. 2015, 179-191 (2015).
- Ros-Lis, J. V., Casasus, R., Comes, M., Coll, C., Marcos, M. D., Martinez-Manez, R., Sancenon, F., Soto, J., Amoros, P., El Haskouri, J., Garro, N., Rurack, K. A mesoporous 3D hybrid material with dual functionality for Hg2+ detection and adsorption. Chem. Eur. J. 14, 8267-8278 (2008).
- Jung, J. H., Lee, J. H., Shinkai, S. Functionalized magnetic nanoparticles as chemosensors and adsorbents for toxic metal ions in environmental and biological fields. Chrm. Soc. Rev. 40 (9), 4464-4474 (2011).
- El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Microemulsion liquid crystal templates for highly ordered three-dimensional mesoporous silica monoliths with controllable mesopore structures. Chem. Mater. 16 (9), 384-400 (2004).
- El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Fabrication of crystalline, highly ordered three-dimensional silica monoliths (HOM-n) with large, morphological mesopore structures. Adv. Mater. 15 (22), 1893-1899 (2003).
- El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Monolithic nanostructured silicate family templated by lyotropic liquid-crystalline nonionic surfactant mesophases. Chem. Mater. 15 (22), 2892-2902 (2003).
- Balaji, T., El-Safty, S. A., Hanaoka, T., Matsunaga, H., Mizukami, F. Optical sensors-based nanostructured cage materials for detection of toxic metal ions. Angew. Chem. Int. Ed. 45 (43), 7202-7208 (2006).
- Huang, J., Gao, X., Jia, J., Kim, J. -K., Li, Z. Graphene oxide-based amplified fluorescent biosensor for Hg2+ detection through hybridization chain reactions. Anal. Chem. 86 (6), 3209-3215 (2014).
- El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M. Mesocylindrical aluminosilica monolith biocaptors for size-selective macromolecule cargos. Adv. Funct. Mater. 22 (14), 3013-3021 (2012).
- Kreno, L. E., Leong, K., Farha, O. K., Allendorf, M., Van Duyne, R. P., Hupp, J. T. Metal Organic Framework Materials as Chemical Sensors. Chem. Rev. 112 (3), 1105-1125 (2012).
- El-Safty, S. A., Hanaoka, T., Mizukami, F. Large scale design of cubic la3d mesoporous silica monoliths with high order, controlled pores, and hydrothermal stability. Adv. Mater. 17 (1), 47-53 (2005).
- El-Safty, S. A., Shenashen, M. A. Mercury-ion optical sensors. Trends Anal. Chem. 38 (1), 98-115 (2012).
- El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismail, A. A. A multi-pH-dependent, single optical mesosensor/captor design for toxic metals. Chem. Commun. 48 (77), 9652-9654 (2012).
- Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A. Monolithic scaffolds for highly selective ion sensing/removal of Co(II), Cu(II), and Cd(II) ions in water. Analyst. 139 (24), 6393-6405 (2014).
