一种碳吸附材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种碳吸附材料及其制备方法和用途，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合萃取剂和溶剂，得到萃取剂溶液；(2)混合步骤(1)得到的所述萃取剂溶液和椰壳活性炭，振荡浸渍，得到固液混合物；(3)将步骤(2)得到的所述固液混合物进行真空旋蒸，然后干燥，得到所述碳吸附材料。本发明专利技术提供的碳吸附材料对稀散金属铟和镓具有优异的选择性分离能力和吸附能力，减少了萃取剂的损失，并且具有良好的机械强度和循环使用稳定性。本发明专利技术提供的制备方法大大提高了萃取剂的负载量，并且操作简单，成本低廉，绿色环保。绿色环保。绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种碳吸附材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及电子废弃物处理与处置领域，具体涉及一种碳吸附材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]铟和镓元素均属于稀有分散金属元素，在地壳中平均含量较低，在自然界中难以形成独立金属矿床，常以伴生矿的形式分散存在于其他金属矿物中，因此全球供应量较低。铟和镓元素凭借其独特的理化性质，在太阳能电池、电子半导体和无线电等低碳科技领域有着广泛的应用。随着需求量攀升，铟和镓元素将逐渐面临短缺问题。
[0003]在光伏组件市场中，二代薄膜铜铟镓硒类(CIGS，化学式CuInGaSe2)太阳能电池虽然市场占比小，但凭借其轻薄、可弯曲折叠和弱光性能好等优势在航空航天及光伏建筑等领域具有巨大应用潜力。CIGS光伏组件的关键结构吸收层由铜铟镓硒合金构成，因此从废弃CIGS光伏组件中回收铟和镓元素对于缓解其供应紧缺现象和促进光伏产业等低碳技术产业的可持续发展具有重要意义。
[0004]金属元素的分离回收技术可分为火法回收和湿法回收。目前研究较多的湿法回收技术，主要是电沉积、离子交换和溶剂萃取技术。其中的溶剂萃取技术适用于低金属离子浓度条件下选择性分离回收目标金属离子。但是，湿法回收中液液萃取的过程易发生乳化及萃取剂流失等问题。
[0005]CN111321295A公开了一种萃取剂浸渍树脂分离提纯镍钴的工艺，该工艺用乙醇或石油醚稀释萃取剂(2,3
‑
二甲基
‑
丁基)(2,4,4
’‑
三甲基戊基)不对称双烷基次膦酸，然后浸渍大孔吸附树脂制备得到萃取剂浸渍树脂，装入柱中得到萃淋树脂柱，通过淋洗镍钴溶液得到钴反萃液实现镍钴分离。但是其采用大孔吸附树脂作为萃取剂载体，存在稳定性差、强度差、易破碎、易老化、使用寿命短、萃取剂负载量低以及易流失等问题。
[0006]CN112206750B公开了一种选择性吸附钯的材料及其制备方法与应用，该方法采用大孔二氧化硅球形颗粒作为萃取剂载体，将钯萃取剂通过超声浸渍于载体内部孔洞中，然后将萃取剂浸渍二氧化硅表面包裹聚乙烯醇以后浸泡于交联剂溶液中，使表面聚乙烯醇交联成膜，对固体颗粒通过反复加热、冷却使表面包裹膜玻璃化，获得选择性吸附钯的材料。该方法以大孔二氧化硅球形颗粒作为萃取剂载体，制备方法较为繁琐，成本较高，且大孔二氧化硅机械强度较差，萃取剂负载量较低。
[0007]综上所述，虽然现有研究采用大孔吸附树脂、介孔二氧化硅颗粒以及大孔硅胶颗粒等作为萃取剂载体，但是受限于上述载体自身稳定性和孔隙结构，萃取剂浸渍载体得到的复合吸附材料的机械性能普遍较差、萃取剂负载量和材料循环性能不高。
[0008]因此，提供一种性能稳定、选择性分离效果优异的复合吸附材料具有重要意义。

技术实现思路

[0009]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种碳吸附材料及其制备方法和用途，与
现有技术相比，本专利技术提供的碳吸附材料具有优异的选择性和材料稳定性，可以用于稀散金属铟离子和镓离子的高选择性分离，本专利技术提供的制备方法操作简单，成本低廉，可以显著提升萃取剂的负载量。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种碳吸附材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0012](1)混合萃取剂和溶剂，得到萃取剂溶液；
[0013](2)混合步骤(1)得到的所述萃取剂溶液和椰壳活性炭，振荡浸渍，得到固液混合物；
[0014](3)将步骤(2)得到的所述固液混合物进行真空旋蒸，然后干燥，得到所述碳吸附材料。
[0015]本专利技术提供的碳吸附材料的制备方法通过椰壳活性炭和萃取剂相互作用，相互配合，综合考虑萃取剂的分子尺寸，一方面，利用椰壳活性炭特有的孔隙结构充分负载萃取剂，极大地提高了萃取剂的负载量；另一方面，通过振荡浸渍的方式对体系提供动力，迫使有机分子进入活性炭孔隙，进一步采用真空旋蒸，以抽真空的方式迫使有机分子在活性炭孔隙内充分负载，同时促进溶剂蒸出。本专利技术提供的制备方法相比于采用竹子基和果壳基活性炭，萃取剂的负载量均提升6倍以上，相比于采用大孔吸附树脂，萃取剂的负载量可以提升1.4倍以上，并且萃取剂几乎不从载体中流失，材料性能更加稳定，可以循环利用7次以上。
[0016]本专利技术中，步骤(2)所述混合前，椰壳活性炭一般先用蒸馏水反复洗涤，至滤液澄清，然后烘干。
[0017]优选地，所述萃取剂包括膦系萃取剂。
[0018]优选地，所述膦系萃取剂包括P204、P507或TBP中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括P204和P507的组合或P507和TBP的组合，优选为P507。
[0019]优选地，所述溶剂包括乙醇、二氯甲烷或乙醚中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括乙醇和二氯甲烷的组合或二氯甲烷和乙醚的组合。
[0020]优选地，所述萃取剂与溶剂的体积比为(0.04
‑
0.3):4，例如可以是0.04:4、0.08:4、0.1:4、0.12:4、0.14:4、0.16:4、0.18:4、0.2:4、0.22:4、0.24:4、0.26:4、0.28:4或0.3:4，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为(0.1
‑
0.15):4。
[0021]本专利技术优选控制萃取剂与溶剂的体积比在特定范围，可以促进萃取剂充分负载的同时避免活性炭团聚。
[0022]优选地，步骤(2)所述椰壳活性炭为中孔活性炭，孔径为2
‑
50nm，例如可以是2nm、4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、15nm、18nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，所述椰壳活性炭的BJH脱附孔径为5
‑
15nm，例如可以是5nm、6nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm或15nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0024]本专利技术优选控制椰壳活性炭的BJH脱附孔径在特定范围，可以为萃取剂大分子提供自由流通的孔道，便于萃取剂快速高效地进入活性炭内部孔隙中，提高萃取剂负载量；同时可以为萃取剂分子与溶液中金属离子提供充足的接触面积和反应空间，从而提高吸附材
料的金属离子吸附量。
[0025]优选地，所述椰壳活性炭的粒径为212
‑
550μm，例如可以是212μm、220μm、240μm、260μm、280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm、400μm、420μm、440μm、460μm、500μm、520μm或550μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为250
‑
270μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳吸附材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)混合萃取剂和溶剂，得到萃取剂溶液；(2)混合步骤(1)得到的所述萃取剂溶液和椰壳活性炭，振荡浸渍，得到固液混合物；(3)将步骤(2)得到的所述固液混合物进行真空旋蒸，然后干燥，得到所述碳吸附材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述萃取剂包括膦系萃取剂；优选地，所述膦系萃取剂包括P204、P507或TBP中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述溶剂包括乙醇、二氯甲烷或乙醚中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述萃取剂与溶剂的体积比为(0.04
‑
0.3):4，优选为(0.1
‑
0.15):4。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述椰壳活性炭为中孔活性炭，孔径为2
‑
50nm；优选地，所述椰壳活性炭的BJH脱附孔径为5
‑
15nm；优选地，所述椰壳活性炭的粒径为212
‑
550μm，优选为250
‑
270μm；优选地，所述椰壳活性炭与溶剂的固液比为(0.1
‑
0.3):4g/mL；优选地，所述振荡浸渍的转速为130
‑
150r/min；优选地，所述振荡浸渍的温度为5
‑
35℃，优选为20
‑
25℃；优选地，所述振荡浸渍的时间为30s
‑
48h，优选为1
‑
10min，进一步优选为5
‑
10min。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述真空旋蒸的真空度为0.05
‑
0.08MPa；优选地，所述干燥的温度≥40℃，优选为≥50℃，进一步优选为60
‑
70℃；优选地，所述干燥的时间≥8h，优选为8
‑
24h，进一步优选为10
‑
12h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)按体积比为(0.04
‑
0.3):4，混合膦系萃取剂和溶剂，得到萃取剂溶液；(2)混合步骤(1)得到的所述萃取剂溶液和椰壳活性炭，所述椰壳活性炭为中孔活性炭，孔径为2
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50nm，BJH脱附孔径为5
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15nm，粒径为212
‑
550μm，所述椰壳活性炭与溶剂的固液比为(0.1

【专利技术属性】
技术研发人员：王文萱，许新海，汪印，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：