由于重视和广泛使用的钯,金,钴 在高科技设备的金属,它们的回收和再利用是一个重要的工业挑战。本文所述的金属回收系统是一个简单的,低成本的用于将有效的检测,除去和回收这些金属的来自城市矿山。
开发低成本,高效的流程回收和再利用钯,金,从城市矿山钴金属仍处于工业化国家显著的挑战。这里,光学mesosensors /吸附剂的开发(MSAS),用于高效的识别和Pd(II)中的选择性恢复,金(Ⅲ),和Co(Ⅱ)从城市矿山达到了。准备基于使用高阶介孔单片支架医疗储蓄账户的简单,一般方法描述。分层立方IA 3天车皮轮状事务协议被锚固螯合剂(着色剂)制成三维孔穴和中孔的单片支架的微米级颗粒表面。研究结果表明,在第一次,控制光学识别钯(Ⅱ),金(Au)的证据(Ⅲ),和Co(II)离子和钯的恢复高度选择性系统(II)离子(达〜95%)在矿石和工业废物。此外,控制评估过程中描述了她EIN涉及内在特性( 如视觉信号的变化,长期稳定,吸附效率,超凡的灵敏度,选择性和可重用性)的评价;因此,昂贵的,精密的仪器是不需要的。结果表明证据表明,医疗储蓄户口将吸引全世界的关注,回收和循环再造钯,金,钴一个有前途的技术手段 金属。
对于蓬勃发展的使用铂族金属(PGM)的驱动力是其非凡的,有时独特的特性,这使它们在广泛的应用中重要组成部分。铂族金属可以在构建可持续发展的社会中发挥作用,而这些材料在各种现代的应用和产品应用于:化工过程催化,汽车排放控制,信息技术,消费电子产品,珠宝首饰,准备牙科材料,光伏发电的燃料电池和锂离子电池(LIB)1-10。在过去的一个世纪,世界经济的变化已经搭载了使用精确制导弹药。因为在清洁技术和高科技装备精确制导武器的重要性,使用精确制导弹药的急剧增加,在现代社会。由于急剧增加的使用铂族金属,特别是在生产电子设备,电子废弃物(电子废物)的累积导致了environmenta升挑战和问题。此外,最近商品价格飙升已经产生的电子废物1-4的挖掘新的兴趣。
电子废物含有这两种有害物质的和有价值的钯,金,钴金属。如果电子废物被弃置于堆填区或无害环境的方式不及时治疗,就可能造成环境破坏的高风险。钯,金中和电子废物钴金属是可持续的,这样的金属5-10“绿色”辅助资源。因此,高效的流程回收钯,金,钴 迫切需要从电子废物金属。
在许多技术领域未来的进步将需要初级金属资源的控制。由于钯,金,钴日益重要 在工业应用和解决环境问题11-13,开发吸附/萃取-金属ñ技术的认可和此类金属的回收已成为当务之急。
在电子产品中使用的主贵金属是银,金,钯,铂和少量铑4-8。回收钯和金,成为由于其独特的在广泛的工业应用,经济价值,和罕见的性能组合是至关重要的。市场机制已颇具影响力在增加收集和回收过时的电脑,电视,手机和其他电子设备的电路板的速度。批量生产的消费部件,如电脑主板,含有大约80克Pd和300克每吨电子垃圾金的;相应数额的移动电话手机130克Pd和200g金,每吨电子垃圾5-10。这个城市矿山拥有这些金属的巨量(相比之下,金以及钯存在于极低浓度的岩石(〜4纳克/克),土壤(1纳克/克),海水(0.05微克/升),和河水(0.2微克/升)14-16)。为了确保持续而可靠的钯,金,钴供应 金属未来的技术创新和新的电子设备,开发出一种高效,低成本的技术,回收贵金属的电子垃圾是非常重要的。这种技术可以作为对稀土矿,这些预测是供不应求,甚至耗尽,在100年的未来稀缺房源保险。
如钴的元素有一个必要的投入几乎所有的电化学储能电池等LIBS 17-19。由于信息技术的快速发展和库的范围广泛的利用,LIBS作为电子废物的释放探索出了一条新的环境挑战18-20。因此,通过回收这些资源,处理这些废弃物小心可能会打开了一个新的途径环境和工业应用。
几个强有力的和成熟的方法和分析技术已被用来鉴别和量化金(Ⅲ),钯(Ⅱ)及Co(Ⅱ)在天然矿石和工业废物,包括火焰和碳炉原子吸收分光光度法,紫外 – 可见(UV-VIS)光谱法,中子活化分析,和电感耦合等离子体质谱法14-16,21-27。尽管他们的通用性和日益普及,这些分析技术受到许多不足之处。例如,它们通常需要仔细规划和测试,涉及到许多样品制备步骤,以尽量减少样品基质干扰,需要精密的 仪器和训练有素的人员,并且必须严格的实验条件17,21下进行。此外,所有这些分析技术包括预浓缩和分离步骤,例如溶剂分机raction,共沉淀,离子交换,和吸附,预浓缩从基质组分的靶金属离子之前,他们的判定20-27。此外,湿法冶金和火法冶炼技术通常用在工业19-22再循环链。因此,开发高效,具有成本效益和易于使用的分析方法来恢复钯,金,钴 由天然矿石和工业废金属都用于环境保护和工业部门的11-13重要。
新技术可以提供新的方法来化学分析,并从天然矿石和工业废金属的回收。最近的进展已经取得了降低成本,缩短制造光学化学纳米传感器/吸附剂的时间;然而,光学吸附剂仍用于特定现实世界传感,萃取,和恢复应用为各种金属28的-36。最近,研究集中在剪裁特定的固体中孔整料用作高灵敏度传感器的简单和同时肉眼检测和清除有毒和贵金属离子,如汞和金离子,来自水生样品28-32。这里,用于有选择地检测和有效地回收金的方法(Ⅲ)和Pd(II)从城市矿山报告;另外,该方法可应用于钴(II)离子从LIBS的恢复。回收金属通过该方法不仅应作为金(Ⅲ),钯(Ⅱ)的辅助源,和Co(II)离子也减少环境污染。的货车轮状事务协议的协议设计表明,在第一次,对钯的恢复控制的光学识别金(Ⅲ),钯(Ⅱ),和钴(II)离子,和一个高度选择性系统的证据( II)离子(达〜95%)的矿石和工业废物。
全球需求正在增长以准确和快速检测,选择性地识别和恢复钯(Ⅱ),金(III)中的一种手段,和Co(Ⅱ)从电子废料和LIB溶液离子。为了解决这个问题,车皮轮状,光管理服务协定进行化学检测/移除/提取和这些金属离子的回收被开发。
在设计事务协议,两个关键因素被认为如下:(1)受体和(2)的固定化/转导的支架。受体是负责管理服务协定的选择性的有机配体;支架是负责的稳定性,可重用性,以及管理服务协定的灵敏度。因为它们的高度均匀的通道,大的表面积,孔径分布,和可控车皮轮结构,其通常与立方双连续表面形态的[111]投影相关联(图1和2)中,基于MSA车皮的车轮IA 3天细微结构材料的支架设置在该检测/移除/提取和回收方法的潜在需求控制如下:配体嵌入HOM固体(即无浸出后洗涤所述配体),(2)感测的条件(1)的稳定性测定法,及(3)在再生/再利用循环化学处理条件 (即,后八个周期);高配体表面覆盖和分散;机械强度;从城市矿山高效回收加工。
来制造稳定和健壮管理服务协定设计,车轮件内孔表面或连续夹杂物不同配体的monofunctionalization(即,L1,L2和L3; 图3-5)转换成可通过压力辅助来实现的HOM支架共缩合;使用L1和L3,高阶混合动力车MSA-1和MSA-3分别得到。 MSA-2控制的设计是基于微调表面图案Øf显示细观车轮支架结构。这是通过使用可分散的活性剂(DDAB),导致致密装饰车轮件孔腔内部L2信令中心完成的。与这些设计的MSA,金属离子可以与通过非共价键合(例如,氢键 ),金属配位,疏水力,范德华力,π-π相互作用和静电和/或电磁效应的有机部分( 图3-5交互)。在感测测定中,纳米工程管理服务协定可以由一个靶的Pd(II)被触发,金(Ⅲ),或钴(II)离子种类和转导下协同pH,反应温度和接触时间(响应时间)的条件下测的光信号,使金属的结合成疏水性的或亲水性配体口袋被模仿。发达事务协议不仅除去钯(Ⅱ),金(III)和Co(Ⅱ)从复杂环境基质离子,但也提供了一个装置,用于一个简单的视觉金属离子浓度的比色估计;紫外-可见反射光谱灵敏量化金属离子浓度在宽范围的浓度( 图3-6)。因此,管理服务协定提供一种简单和灵敏的比色为基础的解决方案,以检测在宽范围的金属离子浓度的变化以及对所述靶标离子敏感量化的装置,从而避免需要复杂的仪器。即使在超痕量浓度(≤0.19微克/升),在传感器的反射光谱的信号变化出现形成复合物(图1)中。
在批次传感/移除/提取系统中,货车轮状事务协议的主要优点是它们的选择性朝向目标离子,从而防止阻碍从干扰竞争的离子。 图6证实了选择性除去和有效地监测钯(Ⅱ),金(III)和Co(II)离子通过光学医疗储蓄账户。在竞争离子的存在下,管理服务协定的反射信号的微不足道的变化表明,弱螯合物竞争金属和L1,L2和L3之间形成,特别是在pH 2,7,和5.2,分别。该事务协议的选择性可以归因于高度稳定的八面体的形成[PD-(L1)2],正方形平面[自动(L2)〕,和八面体[CO-(L 3)2]络合物。
用于判断的经过反复再生/再利用循环进行了调查车皮轮状事务协议的成本效益,可回收性和耐久性。 图8显示了事务协议保留了高效率的检测/移除/萃取钯(Ⅱ),金(Au)( III)和Co(II)离子在重复再生/重用周期,虽然整体效率的第六再生/再利用循环后稍稍降低。立方IA三维细微结构和稳定性的L1,L2和L3的掺入或dered车皮轮形的孔隙(诱导强氢键和色散相互作用)中通过几个再生/再利用循环维持离子传感/捕获系统的功能发挥显著职能(参见图7)。
回收钯(Ⅱ),金(III)和Co(Ⅱ)从城市矿山离子可帮助限制与采矿这些金属相关,特别是相对于在陆地上和气候的影响对环境的破坏。使用真实城市矿山的样品,结果表明,本文所述的管理服务协定可以选择性回收钯,金从电子废物和Co从丢弃LIBS( 表1图9),但实际的,可扩展的过程中仍然保持为未来适用性挑战从城市矿山金属回收率。
在所提出的管理协议的基础上,两个关键组件起到增强金属离子可访问性的重要作用,吸附能力,并在非均相过程恢复。首先,将大的表面-体积比和车轮件立方IA三维有序结构(MSAS)的开口的圆筒孔促进取向配体组件(如由钯(Ⅱ),金(III)和Co的柔性相互作用(II)与L1,L2和L3和金属-配体结合事件的高亲和力离子)( 图3-5)。其次,选择性吸附/检测/提取过程主要取决于螯合剂的结构中,实验条件(特别是pH值),离子系统的组成中,金属离子浓度,和金属 – 配体结合事件。虽然该协议表示在质量显著进展,和的回收方法效率,还需要进一步的努力,使他们能够在环境废物其他苛刻的适用性被使用,在其中用高剂量的积极竞争性的金属如Cu富集(Ⅱ),铁(Ⅲ)的ð镍(II)离子。
总之,高效率,高性价比,货车轮状的医疗储蓄户口已经开发了用于恢复钯,金,钴金属从城市矿山。结果表明证据表明,医疗储蓄账户将提供一个路线金,钯,钴的可持续供应,以适应现代社会的需要,是有用的。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由教育,文化,体育,科学与技术部日本和环境部,政府的支持。
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 |
3-(N-Morpholino)propanesulfonic acid (MOPS) | Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) | CAS Number:1132-61-2, Product Number M0707 | Linear Formula C7H15NO4S, M1254-250G, Molecular Weight 209.26 |
2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES) | Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) | CAS Number:103-47-9, Product Number C0920 | Linear Formula C8H17NO3S, Molecular Weight 207.29 |
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 0.1o and 6.5o 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 = 0.1–6.5o with step size of 0.02o. 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 (15o, 30o and 45o). | |
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 oK. 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 100oC for 8 h 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 |