1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теоретические основы химической технологии
  4. T. 57, № 6, 2023

Теоретические основы химической технологии, 2023, T. 57, № 6, стр. 631-637

Экстракция ионов Ti(IV) из хлоридных растворов гидрофобным глубоким эвтектическим растворителем Aliquat 336/ментол

А. В. Кожевникова a, Е. С. Уварова a, b, Д. В. Лобович a, Н. А. Милевский a, Ю. А. Заходяева a, *, А. А. Вошкин a

a Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН
Москва, Россия

b Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
Москва, Россия

* E-mail: yz@igic.ras.ru

Поступила в редакцию 25.09.2023
После доработки 27.09.2023
Принята к публикации 29.09.2023

Аннотация

Гидрометаллургические методы остаются одними из самых перспективных для переработки литий-ионных батарей, а жидкость-жидкостная экстракция служит ключевым этапом разделения сложной смеси элементов, входящих в состав анода и катода. Развитие и усложнение состава элементов питания, в частности активное производство литий-титанатных анодов, требует дополнительных исследований по экстракции. В работе подробно изучена экстракция ионов Ti(IV) гидрофобным глубоким эвтектическим растворителем Aliquat 336/ментол, который ранее успешно применялся для разделения элементов из растворов выщелачивания катодов типа NMC (LiNiMnCoO2). Были получены данные по экстракции ионов титана(IV) в зависимости от кислотности среды, концентрации хлорид-ионов, а также концентрации экстрагента в глубоком эвтектическом растворителе. На основании этих данных был предложен механизм экстракции ионов титана(IV). В завершение была предложена система для эффективной регенерации экстрагента. Результат этой работы может быть использован для создания экстракционной схемы разделения растворов выщелачивания литий-ионных батарей с литий-титанатным анодом.

Ключевые слова: литий-титанатный анод, литий-ионные аккумуляторы, жидкостная экстракция, гидрофобный глубокий эвтектический растворитель

Список литературы

  1. Mohr M., Peters J.F., Baumann M., Weil M. Toward a Cell-chemistry Specific Life Cycle Assessment of Lithium-ion Battery Recycling Processes // J. Ind. Ecol. 2020. V. 24. P. 1310–1322. https://doi.org/10.1111/jiec.13021

  2. Zen X., Li J., Singh N. Recycling of Spent Lithium-Ion Battery: A Critical Review // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2014. V. 44. P. 1129–1165.https://doi.org/10.1080/10643389.2013.763578

  3. Winslow K.M., Laux S.J., Townsend T.G. A Review on the Growing Concern and Potential Management Strategies of Waste Lithium-Ion Batteries // Resour. Conserv. Recycl. 2018. V. 129. P. 263–277. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2017.11.001

  4. Vaalma C., Buchholz D., Weil M., Passerini S. A Cost and Resource Analysis of Sodium-Ion Batteries // Nat. Rev. Mater. 2018. V. 3. P. 18013. https://doi.org/10.1038/natrevmats.2018.13

  5. Ferg E.E., Schuldt F., Schmidt J. The Challenges of a Li-Ion Starter Lighting and Ignition Battery: A Review from Cradle to Grave // J. Power. Sources. 2019. V. 423. P. 380–403. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.03.063

  6. Kumar B., Srivastava R.R., Barik S.P. Hydrometallurgical Recycling of Lithium-Titanate Anode Batteries: Leaching Kinetics and Mechanisms, and Life Cycle Impact Assessment // Miner. Eng. 2023. V. 202. P. 108289. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108289

  7. Barik S.P., Prabaharan G., Kumar L. Leaching and Separation of Co and Mn from Electrode Materials of Spent Lithium-Ion Batteries Using Hydrochloric Acid: Laboratory and Pilot Scale Study // J. Clean. Prod. 2017. V. 147. P. 37–43.https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.01.095

  8. Barik S.P., Prabaharan G., Kumar B. An Innovative Approach to Recover the Metal Values from Spent Lithium-Ion Batteries // Waste. Management. 2016. V. 51. P. 222–226.https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.11.004

  9. Gao W., Song J., Cao H., Lin X., Zhang X., Zheng X., Zhang Y., Sun Z. Selective Recovery of Valuable Metals from Spent Lithium-Ion Batteries – Process Development and Kinetics Evaluation // J. Clean. Prod. 2018. V. 178. P. 833–845.https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.01.040

  10. Cao J., Su E. Hydrophobic Deep Eutectic Solvents: The New Generation of Green Solvents for Diversified and Colorful Applications in Green Chemistry // J. Clean. Prod. 2021. V. 314. P. 127965.https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127965

  11. van Osch D.J.G.P., Zubeir L.F., van den Bruinhorst A., Rocha M.A.A., Kroon M.C. Hydrophobic Deep Eutectic Solvents as Water-Immiscible Extractants // Green Chemistry. 2015. V. 17. P. 4518–4521. https://doi.org/10.1039/C5GC01451D

  12. Milevskii N.A., Zinov’eva I.V., Kozhevnikova A.V., Zakhodyaeva Y.A., Voshkin A.A. Sm/Co Magnetic Materials: A Recycling Strategy Using Modifiable Hydrophobic Deep Eutectic Solvents Based on Trioctylphosphine Oxide // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 14032. https://doi.org/10.3390/ijms241814032

  13. Xue K., Fan D., Wang X., Dong Z., Zhu Z., Cui P., Meng F., Wang Y., Qi J. Lithium Extraction from Aqueous Medium Using Hydrophobic Deep Eutectic Solvents // J. Environ. Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 110490. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.110490

  14. Zinov’eva I.V., Kozhevnikova A.V., Milevskii N.A., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Extraction of Cu(II), Ni(II), and Al(III) with the Deep Eutectic Solvent D2EHPA/Menthol // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2022. V. 56. P. 221–229. https://doi.org/10.1134/S0040579522020178

  15. Zhu Z., Zhang W., Cheng C.Y. A Literature Review of Titanium Solvent Extraction in Chloride Media // Hydrometallurgy. 2011. V. 105. P. 304–313. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.11.006

  16. Filiz M., Sayar A.A. Extraction of Titanium(IV) from Aqueous Hydrochloric Acid Solutions Into Alamine 336-M-XYLene Mixtures // Chem. Eng. Commun. 2006. V. 193. P. 1127–1141. https://doi.org/10.1080/00986440500354457

  17. Tang W., Chen X., Zhou T., Duan H., Chen Y., Wang J. Recovery of Ti and Li from Spent Lithium Titanate Cathodes by a Hydrometallurgical Process // Hydrometallurgy. 2014. V. 147–148. P. 210–216. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.05.013

  18. Zhu K., Wei Q., Liu K., Li H., Ren X. Design and Combination of Magnetic Ionic Liquids and Hydrophobic Deep Eutectic Solvents for Safer Extraction of Titanium: Physicochemical Properties and Toxicity Studies // Green. Chemistry. 2022. V. 24. P. 7481–7491. https://doi.org/10.1039/D2GC01874H

  19. Kozhevnikova A.V., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Y.A., Baranovskaya V.B., Voshkin A.A. Application of Hydrophobic Deep Eutectic Solvents in Extraction of Metals from Real Solutions Obtained by Leaching Cathodes from End-of-Life Li-Ion Batteries // Processes. 2022. V. 10. P. 2671. https://doi.org/10.3390/pr10122671

  20. Milevskii N.A., Zinov’eva I.V., Zakhodyaeva Yu.A., Voshkin A.A. Separation of Li(I), Co(II), Ni(II), Mn(II), and Fe(III) from Hydrochloric Acid Solution Using a Menthol-Based Hydrophobic Deep Eutectic Solvent // Hydrometallurgy. 2022. V. 207. P. 105777. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105777

  21. Коростелев П.П. Фотометрический и Комплексометрический Анализ в Металлургии; Москва, 1984.

  22. Kislik V., Eyal A. Acidity Dependence of Ti(IV) Extraction: A critical Analysis // Solvent Extraction and Ion Exchange. 1993. V. 11. P. 259–283. https://doi.org/10.1080/07366299308918155

  23. Sarangi K., Padhan E., Sarma P.V.R.B., Park K.H., Das R.P. Removal/Recovery of Hydrochloric Acid Using Alamine 336, Aliquat 336, TBP and Cyanex 923. Hydrometallurgy. 2006. V. 84. P. 125–129. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2006.03.063

  24. Mishra R.K., Rout P.C., Sarangi K., Nathsarma K.C. Solvent Extraction of Fe(III) from the Chloride Leach Liquor of Low Grade Iron Ore Tailings Using Aliquat 336 // Hydrometallurgy. 2011. V. 108. P. 93–99. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2011.03.003

  25. Good M.L., Bryan S.E. Extraction of Group VIII Metals by Long Chain Alkyl Amines—II // J. Inorganic and Nuclear Chemistry. 1961. V. 20. P. 140–146. https://doi.org/10.1016/0022-1902(61)80471-5

  26. Sarangi K., Padhan E., Sarma P.V.R.B., Park K.H., Das R.P. Removal/Recovery of Hydrochloric Acid Using Alamine 336, Aliquat 336, TBP and Cyanex 923 // Hydrometallurgy. 2006. V. 84. P. 125–129. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2006.03.063

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Теоретические основы химической технологии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал