论文标题：Selective separation and recovery of Co(II) and Ni(II) from lithium-ion battery using Cyanex 272 adsorptive membrane

期刊：Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者：Chengchao Xiao, Liqing Yan, Haiping Gao, Zeou Dou, Xing Xie, Yongsheng Chen

发表时间：12 Sep 2024

DOI：10.1007/s11783-024-1908-0

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近日，佐治亚理工学院的陈勇生、谢兴教授团队在Frontiers of Environmental Science & Engineering期刊第18卷第12期上发表了题为“Selective separation and recovery of Co(II) and Ni(II) from lithium-ion battery using Cyanex 272 adsorptive membrane”的研究论文。

随着锂离子电池需求的激增，如何高效回收废旧电池中的钴(II)和镍(II)成为了亟待解决的难题。传统液液萃取法虽然具有高提纯效果，但存在操作复杂、成本高昂以及环境污染等问题。本研究利用相转化法制备了Cyanex 272吸附膜，并通过Langmuir等温模型拟合吸附过程，系统研究了膜在不同条件下对钴(II)和镍(II)的吸附性能。实验结果显示，该吸附膜在pH 6.8和75℃条件下分离因子可达209.5，且经过20次循环后仍能保持98%的吸附效率，展现出卓越的稳定性和重复使用性。这为废旧锂电池的回收利用提供了一种高效且环保的解决方案。

随着电动汽车和储能系统的快速发展，锂电池的需求急剧增加，而废旧锂电池的回收处理成为了一个亟待解决的问题。传统液液溶剂萃取法虽能实现高纯度钴(II)提取，但存在环境污染和成本高昂等问题。因此，本研究旨在开发一种基于固液分离的新型吸附膜，既能显著提高钴(II)和镍(II)的分离效率，又能克服传统方法的环保和经济性挑战。本研究采用相转化法制备吸附膜，首先将不同量的Cyanex 272（0–52.5 wt.%）添加到聚偏二氟乙烯（PVDF）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）和聚乙二醇（PEG）的混合溶液中，制备成铸膜液。然后，将铸膜液刮涂在玻璃板上，并在一定条件下浸入水中进行相转化，形成具有致密表层和多孔亚层的非对称膜。经过48小时的浸泡后，将膜取出并干燥，以备后续表征和测试。

然后，文章对制备的吸附膜进行了表征。通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析，观察了膜的表面形态和元素分布。结果表明，Cyanex 272的加入使得膜孔径变大，孔隙数量减少。EDX分析进一步证实了Cyanex 272在膜表面的均匀分布。此外，还通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析了膜的功能基团，验证了Cyanex 272与PVDF的成功结合。

在吸附性能研究方面，文章进行了等温吸附实验和连续吸附实验。通过等温吸附实验发现，Cyanex 272浓度为33.2%时，吸附膜的钴(II)吸附容量达到最大值。连续吸附实验表明，最佳分离条件为pH 6.8和75℃，此时钴(II)与镍(II)的分离因子高达209.5。

在膜的重复使用性方面，通过采用不同的剥离溶液和预处理方式，对膜的重复使用性进行了评估。结果表明，使用0.01 mol/L的硫酸作为剥离溶液，并在使用前进行30分钟的预清洗，可以显著提高膜的稳定性。在经过20次循环使用后，膜的提取效率仍能保持在98%左右。此外，还对比了乙二胺四乙酸（EDTA）、盐酸（HCl）和硫酸（H2SO4）作为剥离溶液的效果，尽管EDTA在初期表现较好，但可能引入额外复杂物种，不利于系统的整体回收。

综上所述，本文详细介绍了使用Cyanex 272吸附膜从锂电池中回收钴(II)和镍(II)的研究过程。通过表征和性能测试，验证了膜的结构和吸附性能。此外，还通过重复使用性实验，证明了膜的稳定性和可重复使用性。与传统液液萃取法相比，该方法在环保性和经济性方面展现出显著优势，特别是在固液分离和多次循环使用中表现出极高的稳定性。未来，该技术有望应用于锂电池大规模回收中，为推动绿色能源循环利用提供新方向。

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本文内容来自FESE期刊2024年第18卷第12期发表的研究文章 “ASelective separation and recovery of Co(II) and Ni(II) from lithium-ion battery using Cyanex 272 adsorptive membrane”。通讯作者为佐治亚理工学院的陈勇生教授和谢兴教授。

引用格式：Chengchao Xiao, Liqing Yan, Haiping Gao, Zeou Dou, Xing Xie, Yongsheng Chen. Selective separation and recovery of Co(II) and Ni(II) from lithium-ion battery using Cyanex 272 adsorptive membrane. Front. Environ. Sci. Eng., 2024, 18(12): 148 https://doi.org/10.1007/s11783-024-1908-0

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊，聚焦环境领域前沿问题与研究成果，重点关注开创性、跨学科的研究，致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台，是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊。

主编：曲久辉院士，John Crittenden院士

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