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活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

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活性炭從高度稀釋的電解質中回收錸
文章作者:韓研網絡部 更新時間:2022-11-15 15:50:01

  活性炭從高度稀釋的電解質中回收錸

  錸是一種有價值的金屬,也是一種獨特的金屬,因為它的物理特性以及優異的機械和抗腐蝕性能。作為合金添加劑,錸提高了高溫下的耐腐蝕性和強度。這一特性被用于制造噴氣發動機渦輪機、燃氣渦輪機和航天器部件。錸的主要二次來源是廢合金和催化劑。從這些來源中回收錸涉及許多火法和濕法冶金操作。這些金屬主要通過溶劑萃取、化學還原沉淀或活性炭吸附來回收。

  錸回收是一個潛力巨大的工藝,因為超過80%的錸可以回收。目前,用于從水溶液中回收錸(VII)的工藝主要基于離子交換樹脂和溶劑萃取。這些工藝具有許多優點,例如容量高,但它們對滲透沖擊敏感并且受操作溫度的限制。如果使用定制的活性炭就沒有這些缺點。而且活性炭對比起來相當便宜。所以我們開發出活性炭在從合成廢物溶液中回收錸(VII)中的應用。

  活性炭對硒和錸的吸附試驗

  廢液的蒸餾過程在幾個溫度下進行。在250到300℃的溫度范圍內,沒有觀察到廢物質量的變化。在400℃的溫度下,觀察到顯著的質量變化。在500℃的情況下,觀察到活性炭完全燒盡。剩余質量低于分析天平的靈敏度,即0.1mg。先前的研究并未表明氧化硒與氧化錸具有同樣的揮發性。應該強調的是,與錸相比,廢料中的硒濃度要高得多。

  進行了從含有硒和錸的溶液中吸附金屬離子的過程,以反映真實的溶液。在指定時間后,通過MP-AES方法確定濃度,因為使用UV-Vis方法無法確定一種溶液中這些金屬離子的濃度。在指定時間后,取2cm3溶液樣品進行分析。

  比較了Se(VI)+Re(VII)體系和單獨Re(VII)體系的吸附動力學曲線和吸附容量。得到的結果如圖1A和B所示,清楚地顯示了動力學曲線和吸附容量的差異。如圖1B所示,Re(VII)和Se(VI)的混合物對Re(VI)的吸附遠高于Se(VI),表明對Re(VII)的選擇性。處理240分鐘后,錸離子濃度從0.3mM下降到0.11mM,這意味著>60%的錸離子被吸附。然而,在硒吸附的情況下,如圖1所示A,Se(VI)的初始濃度(0.63mM)和最終濃度(0.59mM)之間的差異等于0.06%(圖1A)。該值在測量誤差范圍內,可以忽略不計。在這個過程中已經證實了活性炭對Re(VII)的選擇性。根據獲得的結果,確定將僅針對Re離子進行進一步的研究工作。

  圖1:硒和錸吸附的動力學曲線。

  溫度對吸附率的影響

  圖2顯示了溶液Re(VII)的初始濃度=0.5mM在不同溫度和活性炭量下的動力學曲線。圖2A和B顯示了當每200cm3溶液分別使用0.5和1g活性炭時的濃度變化。溶液中使用的活性炭量越大,Re(VII)濃度的降低越顯著。這種趨勢歸因于吸附劑的大比表面積,這導致了大容量。碳含量加倍使表面積加倍。

  圖2:基于吸附劑用量和溶液溫度的動力學曲線。

  錸溶液pH值的影響

  預計高錸酸根離子的結構不會隨著pH值的變化而變化,因為它們被吸附。然而,研究表明,吸附劑的化學性質會隨著電解質的pH值而變化。當PZC<9.7時,活性炭為正電,當PZC>9.7時,活性炭為負電。該參數對于吸附過程至關重要,其中靜電相互作用是機制中的主要因素。溶液中帶負電荷的物質傾向于吸附到表面上帶正電荷的中心。使用pH值為1.0(0.1M/HClO4)、7.0(具有APR的純水)和10.8(0.1M/NH4OH)的電解質進行了三個獨立的實驗。結果如圖3所示。

  圖3:A吸附過程中的pH變化,B電解質組成(pH)對吸附速率的影響。

  錸離子的解吸

  對于解吸研究,在25℃吸附后,200cm3溶液使用1g活性炭。Re(VII)離子的初始濃度為0.5mM。吸附后,將樣品分成三部分。然后在三種環境中進行解吸,即0.1M/HClO4、0.1M/NH4OH和H2O。在所有情況下,每50cm3液體使用0.3g活性炭。UV-Vis光譜和動力學曲線如圖4。

  圖4:A在0.1M/HClO4,B在0.1M/NH4OH,C在H2O中解吸過程中獲得的UV-Vis曲線。D不同溶液中解吸過程的動力學曲線。

  在不同溶液中解吸的動力學曲線。在過程的初始階段解吸率最高。當大約91%的金屬解吸到0.1M/HClO4中時,計算最終濃度。在這種情況下,錸化合物的再溶解與解吸一起發生。水的特點是解吸率最低;只有15%的Re被解吸。在0.1M/NH4OH的情況下,3小時后的最終濃度為0.093mM,38%的Re被解吸。然而,0.1M/NH4中的錸濃度OH在解吸的第一個小時內增加,之后略有下降。

  活性炭從高度稀釋的電解質中回收錸,在這里,我們已經表明,與空氣的相互作用可能會顯著影響系統中的平衡。吸附過程伴隨著Re(VII)到Re(VI)的還原反應。然而,根據我們的計算,這種反應被溶解在水中的氧氣逆轉。根據我們的結果,可以得出結論,氧化速率比還原速率慢得多。因此,觀察到吸附后溶液中Re(VII)濃度的穩定狀態。使用氮氣從脫氧溶液中的吸附效果不如氧飽和溶液。吸附過程的選擇性可以通過考慮硬-軟酸-堿原理來解釋。眾所周知,Re具有硬酸性質,而Se具有軟堿性質。表面的含氧官能團,具有很強的堿性。因此,Re與活性炭之間的相互作用比Se與活性炭之間的相互作用強得多。

文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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