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活性炭从液体溶液中回收稀土元素铽
文章作者：韩研网络部 更新时间：2021-4-15 16:14:08

　　活性炭从液体溶液中回收稀土元素铽

　　稀土元素由于特性和在一些领域中发挥着关键作用，越来越引起科学界和工业界的关注。这些元素是几种电气和电子材料的重要组成部分。然而，天然稀土元素的沉积是有限的，导致对次级资源的高度依赖。吸附法是一种好用、低成本的湿法冶金方法，是从水溶液和各种介质中回收稀土元素和金属的常用方法。从这个意义上讲，由于活性炭具有很高的表面反应性，孔隙率和总表面积，因此它们是好用的吸附剂。这次使用以农业废料为原料进行水醇处理制成活性炭，从液体溶液中回收铽。

　　由于技术的不断发展，导致了很多的废弃电气电子设备(所谓的电子垃圾)的生产。当了解到这些电子垃圾中可以提取金属或者稀土元素后，我们开始研究怎么样的提取方法更加便宜便捷。例如，从液晶显示器和等离子显示屏(LCD/PDP)，移动电话，汽车工业中的电路板，永磁体和荧光体。为了实现稀土元素回收，湿法冶金操作涉及浸出，化学沉淀，离子交换，乳化液膜技术在不断发展。但是，在大多数情况下，这些技术对稀土元素的回收效率不高，价格昂贵，并且需要较长的时间。所以研究了一种活性炭作为吸附剂从液体溶液中回收铽的应用。通过水醇法，随后进行随后的物理活化过程来制备活性炭。研究了溶液的pH，温度和吸附剂数量等几个参数，以评估它们对吸附过程的影响。

　　活性炭吸附铽的解吸实验

　　吸附实验：使用玻璃反应器在25°C下机械摇动下，通过分批实验研究在活性炭上的吸附。对于吸附实验，通过溶解六水硝酸铽在水中，以获得1g/L的溶液。然后，将0.025g活性炭与0.1L含0.005g/L金属的铽溶液(pH值为5)接触。为了分析pH的影响，用0.1M HCl调节所述溶液的pH值，直到在校准pH计中使用缓冲液达到所需的pH值为止。

　　解吸实验：解吸实验也在具有室温机械摇动的玻璃反应器中进行。为了回收吸附到活性炭上的铽，将过滤后的负载有铽的吸附剂添加到0.2和0.5M HCl溶液中。此外，对于固定的载铽活性炭剂量，研究了不同体积的解吸溶液。经过相应的时间后，评估所得溶液中的浓度以及解吸速率。

　　水醇处理活性炭的表征

　　多孔结构的特征是使用加速表面积和孔隙率法进行氮气吸附-解吸来测量的�；钚蕴康奈�-解吸等温线如图1所示。在吸附在低压下量大幅增加被发现，这表明微孔的材料中的存在下进行。此外，可以观察到磁滞回线。磁滞回线的下部代表中孔的填充，而上部则归因于排空。因此，获得的结果表明，获得的材料同时具有微孔和中孔。

　　图1：制成的活性炭氮吸附-解吸等温线。

　　活性炭的FE-SEM显微照片由图2显示。所获得的活性炭在表面上显示出不均一的大孔，并且具有少量的孔。另外，发现了点蚀和破裂的表面。由于处理过程，该表面是物理活性炭的典型代表。但是，在较高的放大倍数下，可以观察到介孔微结构。发现孔径小于1μm。该结果与BET测量的结果非常吻合，BET测量的结果揭示了所研究材料的中孔结构。

　　图2：活性炭的场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)图像，插图中显示了更高的放大倍率显微照片。

　　活性炭吸附铽的条件测试

　　关于溶液pH值的影响通过吸附测试发现，随pH值的增加而增加。通常，活性炭表现出零电荷pH(pH PZC)的低点。在低于相应pH的pH值下PZC，活性炭表面呈现正电荷，而在比pH PZC值更高的pH值下，表面带负电�；竦玫慕峁赡鼙砻鞲媒涣鞯绲谋砻嬖趐H值为2-3时主要带正电，因此该表面与稀土元素铽离子之间存在静电排斥。因此，几乎不发生吸附。然而，随着pH值的增加，活性炭的表面带负电，并且铽的吸附增强。发现，pH2、3、4和5的pH值的吸附百分比分别为32.5%，65%和87.5%。因此，随后的吸附实验在pH5下进行，在当前的实验条件下，获得较大的吸附。

　　由于进行吸附过程的温度可以提高或限制该过程，因此在不同温度下进行了几次实验。发现随着温度的升高，吸附容量增加。当温度从25°C升高到40°C时，这种影响更加明显，吸附百分比从87.5增至97.7%。此外，当实验温度升至60°C时，稀土元素的吸附过程接近定量。所得结果表明，温度升高实际上对吸附容量没有影响。另一方面，当温度升高时，较早地达到平衡。达到25°C的平衡时间为60分钟，达到40°C和60°C的平衡时间几乎相同，等于40分钟。

　　为了分析与稀土元素吸附过程有关的动力学顺序，并将其拟合(3)到相应的模型。对于25–60°C的温度范围，实验数据的最佳拟合被发现是伪二级动力学模型。因此，动力学常数和平衡吸附容量随温度升高而被发现。在这里值得注意的是，在三个温度下，计算出的吸附容量与实验吸附容量相似。

　　图3：吸附动力学的拟合：(a)线性伪一阶模型，(b)线性伪二阶模型，(c)Elovich模型。

　　解吸过程

　　使用负载的铽的活性炭研究了解吸步骤。使这些固体与浓度为0.2M和0.5M的HCl溶液接触，并分析每质量吸附剂的洗脱液体积。当洗脱液体积(mL)/活性炭的质量(g)关系增加时，对于在解吸实验中使用的两个HCl浓度，解吸百分比实际上是相同的。但是，当洗脱液浓度从0.2M增加到0.5M时，洗脱液中的金属回收率分别从66%增加到86%。这些结果表明，可以从负载的获得的活性炭中较好地回收稀土元素。

　　活性炭从液体溶液中回收稀土元素铽，证明了所制得的活性炭对铽有吸附作用，并能较好地回收水溶液中的稀土元素。制成的活性炭具有一些特点，在氮吸附-解吸等温线表明同时存在微孔和中孔。活性炭吸附能力随pH值的增加(从2增至5)而增加，这可能是由于所得活性炭的表面电荷所致。另外，发现吸附容量随温度而增加，表明这是吸热过程。实验数据的最佳拟合对应于1型Langmuir吸附等温线和伪二级动力学模型。另外，热力学研究表明，活性炭对铽的吸附过程是吸热自发的。最后，在酸性条件下从负载活性炭中解吸铽。铽的解吸率在87%左右，说明活性炭对铽回收是可能的。

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