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钴通常存在于镍红土矿石，硫化矿石或铜钴氧化物矿石中，因此主要作为镍和铜工业的副产物。它的主要用作合金金属，蓝色着色剂，催化剂或电池组件。由于快速增长的可充电电池行业，对钴的需求正在快速增长。为了满足未来的这种高需求，必须进一步研究钴回的收技术。活性炭具有许多有利于其浸渍的物理性质，例如良好的化学稳定性和高表面积。所以我们研发了一种活性炭吸附剂对于钴的选择性回收。
通过几种步骤制造活性炭球型复合材料
使用的400目的活性炭粉末分散在超纯水中。然后，加入预先溶解的藻酸钠溶液和额外的超纯水以制备进料悬浮液。组合物为10%活性炭与1%藻酸钠和89%的水。将获得的悬浮液装入进料罐中，该进料罐包含磁力搅拌器以防止在该过程中粉末沉淀制成球型，制备活性炭复合球体的装置如图1所示。通过将二烷基次膦酸等改性剂加入到成形和干燥的活性炭球体中并在50℃下振荡混合物68小时来进行物理浸渍。冷却混合物后，倾析溶液，并通过振荡1小时用超纯水冲洗剩余的球体。将浸渍和洗涤的活性炭干燥48小时，通过CHN元素分析以确定孔径分布，比表面积和孔体积。
图1：振动液滴凝结装置的示意图。
制成的活性炭外表面的SEM图像显示在图2中。活性炭球体的形状看起来略呈椭圆形，与高球形度值和稍低的比具有良好的相关性。椭圆形状可能源于与凝固浴撞击时液滴的扁平化。由于快速凝固，液滴没有足够的时间回到理想的球体(具有很低的表面张力)。
图2：干燥的球型活性炭在不同放大倍数下的SEM图像。
影响活性炭吸附的参数
实验使用单元素钴溶液进行的，以研究活性炭的吸附行为而不受其他金属阳离子的影响。经过改性的活性炭的金属提取机制很可能是阳离子交换机制，pH对钴的影响，在没有添加缓冲液的情况下，随着活性炭萃取剂在吸附金属离子时释放其质子，pH将显着下降，导致无效的吸附系统。结果如图3所示。如所预期的，增加pH导致钴吸附增加，这是由活性炭酸性改性剂的去质子化引起的。为了获得合理的钴吸附效率，需要施加5.5或更高的pH值。
图3：pH对活性炭吸附钴的影响。
活性炭的对钴的回收
在使用活性炭成功吸附钴之后，研究了用硫酸汽提以回收金属离子并允许重复使用吸附剂。我们分别测试了三种回收参数，实验发现低浓度的硫酸就足以去除大部分活性炭吸附的钴(II)，镍(II)和锰(II)。由于仅有少量镍(II)被吸附到活性炭上，因此解吸溶液中的镍(II)浓度也很小。其结果是，对于镍(II)，元素分析的微小差异导致解吸百分比的相对大的差异，这可以在图4中看出。
图4：硫酸浓度对活性炭的解吸影响。
我们合成了一种由二烷基次膦酸浸渍的活性炭与藻酸盐球组成的新型吸附材料，并测试了从水溶液中选择性回收钴。合成的活性炭能地从二元钴(II)-镍(II)溶液中选择性地吸附钴(II)，最后完成回收钴的目的。然而，钴(II)不能从二元钴(II)-锰(II)溶液中选择性地除去，因为锰(II)是共吸附的并且不能选择性地汽提。但是完全去除钴(II)和锰(II)可以实现，这在水净化方面是有益的。
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