活性炭國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭吸附回收廢舊電池中的鋰和鈣

　　廢舊的充電電池和電子廢物是比較難處理的廢棄物，里面鋰電池的占比比較大，為了使他們能產(chǎn)生循環(huán)經(jīng)濟(jì)，可以對(duì)他們內(nèi)部的貴金屬成分進(jìn)行回收。廢舊的磷酸鋰電池被拆卸并且通過(guò)酸性溶液浸出陰極以產(chǎn)生金屬溶液。金屬含量將通過(guò)使用活性炭的簡(jiǎn)單吸附機(jī)制進(jìn)行分離。使用化學(xué)活化的木質(zhì)椰殼活性炭來(lái)吸附瀝濾溶液中的鋰和鈣離子，研究了活性炭對(duì)離子之間的吸附能力和選擇性。

　　活性炭吸附回收鋰和鈣

　　通過(guò)用硫酸浸泡正極層來(lái)制備LiFePO4電池浸出液。浸出后，通過(guò)使用CaOH 2沉淀從溶液中分離出Fe離子。因此，溶液內(nèi)部仍保留鋰和鈣作為主要離子。在獲取批次吸附數(shù)據(jù)時(shí)，在錐形瓶中，加入到50 mL溶液中的活性炭的重量從1到15克不等。然后在室溫下使用搖床將混合物搖動(dòng)1天。分析吸附后溶液的濃度。

　　活性炭吸附后分析結(jié)果

　　我們對(duì)吸附后的溶液進(jìn)行FTIR分析以鑒定活性炭表面上的官能團(tuán)。在圖1中，我們可以看到椰殼活性炭和木質(zhì)活性炭所具有的吸收帶。在溫度升高時(shí)，這可以看作是吸收波數(shù)的偏移。活化劑似乎也引起吸收波數(shù)的移動(dòng)。可以說(shuō)，活化方法不會(huì)出現(xiàn)新的官能團(tuán)。所有的峰都來(lái)自活性炭的初始原料，但對(duì)于活化的峰而言強(qiáng)度較低。

　　對(duì)于峰的強(qiáng)度，活化溫度在降低強(qiáng)度中起重要作用。較高的溫度將產(chǎn)生具有較少官能團(tuán)的活性炭。最高活化溫度樣品顯示幾乎平坦的光譜。同時(shí)，對(duì)于活化劑定量，效果很小。比率從0.5增加到1.5似乎對(duì)樣品的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有任何影響，因?yàn)槿齻�(gè)光譜相似。

　　圖1.椰殼活性炭和木質(zhì)活性炭的FTIR分析結(jié)果。

　　從圖2中可以看出，活性炭在不同的活化溫度(500℃，600℃和700℃)和活化劑比率(0.5、1.0和1.5)下的鋰吸附等溫線。似乎在較低濃度下吸附能力相對(duì)較低。這表明鋰離子對(duì)活性炭表面的親和力低。高濃度下容量的增加與孔隙率成正相關(guān)。活性炭的較大表面積傾向于更多地吸附鋰離子。在等溫線的分類中，該等溫線被認(rèn)為是III型等溫線，對(duì)于無(wú)孔或大孔吸附劑來(lái)說(shuō)是典型的。因此，鋰離子似乎不附著在微孔內(nèi)部，而是附著在外部和大孔表面。活性炭對(duì)鋰離子的親和力低。炭表面的碳原子與溶液中的鋰離子之間的低相互作用可能是由于離子的原子質(zhì)量低所致。原子間勢(shì)相互作用表明該力與相互作用原子的原子質(zhì)量以及原子之間的距離具有正相關(guān)。

　　圖2.鋰離子的吸附等溫線。

　　圖3顯示了鈣離子的吸附等溫線。等溫線表示分類的I型或II型。較低溶液濃度下的小肩部可能暗示了鈣離子微孔填充的單層吸附飽和。這表明孔表面與鈣離子之間的相互作用較強(qiáng)。活性炭的低孔隙度仍表示III型等溫線，因?yàn)闆](méi)有明顯的微孔可以被鈣離子填充，而不是外表面和大孔。

　　圖3.鈣離子的吸附等溫線。

　　對(duì)于吸附回收電池中的鋰和鈣，我們發(fā)現(xiàn)活性炭的活化方法與孔隙率發(fā)展密切相關(guān)，也會(huì)改變活性炭的吸附特性。在制備的活性炭吸附鋰和鈣離子方面具有不同的行為。鋰離子傾向于較少地吸附到活性炭的孔中。在低濃度下，鈣離子比鋰離子吸收更大，而在濃溶液中，容量相對(duì)相似。所以想要選擇性吸附這兩種貴金屬需要不同參數(shù)的活性炭。如果您對(duì)工藝上還有什么不了解的可以直接咨詢我們，我們廠有自己的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和研發(fā)人員可以給您提供技術(shù)支持。

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