基于天然分子的多功能 DES 高效浸取废弃锂离子电池中有价值金属的研究

基于天然分子的多功能 DES 高效浸取废弃锂离子电池中有价值金属的研究

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【作者单位】

中南大学

抽象的

鉴于废弃锂离子电池（LIB）的数量不断增加，通过环保溶剂工艺提取和回收有价值的金属已变得至关重要，但这仍然是一项艰巨的任务。深共晶溶剂（DES）是一种新型的绿色溶剂，在从废弃LIB中提取有价值的金属元素方面具有重要的应用前景。本工作利用天然分子二甲基-β-丙氨酸（DMPT）和乙二醇从废弃LIB中提取有价值的金属元素。（EG）作为多功能DES有效浸出过渡金属离子。

在EG的还原作用下以及DMPT中羧基和氯离子的作用下，锂、镍、钴、锰的浸出率分别达到99.59%、99.28%、99.04%和99.45%。DES的微观结构及其与金属离子的相互作用。DES分子的主要活性中心在氯离子附近，DES与Mn的结合最强，其次是Co，与Ni的结合最弱。

这项工作避免了使用挥发性酸，在提取有价值金属方面显示出巨大的潜力，为废旧锂离子电池的高效回收提供了一种可持续的、环保的替代方案。

【实验方法】

浸出过程中，将处理后的纯化正极粉与制备好的DES混合于50 mL锥形瓶中，完全浸没在油浴中。考察了不同的摩尔比（1:1~1:5）以确定最佳实验条件。结果表明，DMPT/EG的摩尔比、浸出时间和浸出温度均影响金属离子的浸出效率。处理后，将浸出液用水稀释，并用滤纸过滤。

【图片摘录】

【主要结论】

从废旧电池中回收正极材料对环境管理和循环经济具有优势。然而，依赖火法冶金和湿法冶金的回收技术对环境造成了沉重的负担。除了废气排放（CO、NO）外，强无机酸在浸出和萃取过程中的使用对设备、水和土壤资源有重大影响。采用基于 DMPT 和 EG 作为浸出剂的环保型 DES 有望使回收过程在环境上可持续且高效。

设计了一种由 DMPT 和 EG 按 1:3 M 比例组成的新型 DES，用于从废旧 LIB 中有效提取有价值的金属。

DMPT/EG DES同时具有浸出、还原和络合作用，在温和条件下对金属有良好的溶解性。实验结果表明，当固液比为1：3，温度为100℃，浸出时间为60 min时，在浸出条件下，锂、钴、镍、锰的浸出率分别为99.59%、99.04%、99.28%和99.45%。通过密度泛函理论计算，对DES的微观结构以及金属离子与DES分子之间的相互作用有了初步的了解。作用机理：DES分子主活性中心在氯离子附近，DES与Mn的结合最强，其次是Co，与Ni的结合最弱。

理论计算方法为全面探究DES的浸出机理提供了思路，与其他回收方法相比，避免了使用腐蚀性和挥发性酸，为传统的废旧LIBs回收方法提供了一种替代的、环境友好的替代方案。