鈷通常存在于鎳紅土礦石，硫化礦石或銅鈷氧化物礦石中，因此主要作為鎳和銅工業(yè)的副產(chǎn)物。它的主要用作合金金屬，藍(lán)色著色劑，催化劑或電池組件。由于快速增長(zhǎng)的可充電電池行業(yè)，對(duì)鈷的需求正在快速增長(zhǎng)。為了滿足未來(lái)的這種高需求，必須進(jìn)一步研究鈷回的收技術(shù)。活性炭具有許多有利于其浸漬的物理性質(zhì)，例如良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高表面積。所以我們研發(fā)了一種活性炭吸附劑對(duì)于鈷的選擇性回收。

　　通過(guò)幾種步驟制造活性炭球型復(fù)合材料

　　使用的400目的活性炭粉末分散在超純水中。然后，加入預(yù)先溶解的藻酸鈉溶液和額外的超純水以制備進(jìn)料懸浮液。組合物為10%活性炭與1%藻酸鈉和89%的水。將獲得的懸浮液裝入進(jìn)料罐中，該進(jìn)料罐包含磁力攪拌器以防止在該過(guò)程中粉末沉淀制成球型，制備活性炭復(fù)合球體的裝置如圖1所示。通過(guò)將二烷基次膦酸等改性劑加入到成形和干燥的活性炭球體中并在50℃下振蕩混合物68小時(shí)來(lái)進(jìn)行物理浸漬。冷卻混合物后，傾析溶液，并通過(guò)振蕩1小時(shí)用超純水沖洗剩余的球體。將浸漬和洗滌的活性炭干燥48小時(shí)，通過(guò)CHN元素分析以確定孔徑分布，比表面積和孔體積。

　　圖1：振動(dòng)液滴凝結(jié)裝置的示意圖。

　　制成的活性炭外表面的SEM圖像顯示在圖2中。活性炭球體的形狀看起來(lái)略呈橢圓形，與高球形度值和稍低的比具有良好的相關(guān)性。橢圓形狀可能源于與凝固浴撞擊時(shí)液滴的扁平化。由于快速凝固，液滴沒(méi)有足夠的時(shí)間回到理想的球體(具有很低的表面張力)。

　　圖2：干燥的球型活性炭在不同放大倍數(shù)下的SEM圖像。

　　影響活性炭吸附的參數(shù)

　　實(shí)驗(yàn)使用單元素鈷溶液進(jìn)行的，以研究活性炭的吸附行為而不受其他金屬陽(yáng)離子的影響。經(jīng)過(guò)改性的活性炭的金屬提取機(jī)制很可能是陽(yáng)離子交換機(jī)制，pH對(duì)鈷的影響，在沒(méi)有添加緩沖液的情況下，隨著活性炭萃取劑在吸附金屬離子時(shí)釋放其質(zhì)子，pH將顯著下降，導(dǎo)致無(wú)效的吸附系統(tǒng)。結(jié)果如圖3所示。如所預(yù)期的，增加pH導(dǎo)致鈷吸附增加，這是由活性炭酸性改性劑的去質(zhì)子化引起的。為了獲得合理的鈷吸附效率，需要施加5.5或更高的pH值。

　　圖3：pH對(duì)活性炭吸附鈷的影響。

　　活性炭的對(duì)鈷的回收

　　在使用活性炭成功吸附鈷之后，研究了用硫酸汽提以回收金屬離子并允許重復(fù)使用吸附劑。我們分別測(cè)試了三種回收參數(shù)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)低濃度的硫酸就足以去除大部分活性炭吸附的鈷(II)，鎳(II)和錳(II)。由于僅有少量鎳(II)被吸附到活性炭上，因此解吸溶液中的鎳(II)濃度也很小。其結(jié)果是，對(duì)于鎳(II)，元素分析的微小差異導(dǎo)致解吸百分比的相對(duì)大的差異，這可以在圖4中看出。

　　圖4：硫酸濃度對(duì)活性炭的解吸影響。

　　我們合成了一種由二烷基次膦酸浸漬的活性炭與藻酸鹽球組成的新型吸附材料，并測(cè)試了從水溶液中選擇性回收鈷。合成的活性炭能地從二元鈷(II)-鎳(II)溶液中選擇性地吸附鈷(II)，最后完成回收鈷的目的。然而，鈷(II)不能從二元鈷(II)-錳(II)溶液中選擇性地除去，因?yàn)殄i(II)是共吸附的并且不能選擇性地汽提。但是完全去除鈷(II)和錳(II)可以實(shí)現(xiàn)，這在水凈化方面是有益的。

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