本申請(qǐng)涉及廢舊電池有價(jià)金屬的膜分離，尤其涉及一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)及其構(gòu)建方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、動(dòng)力電池回收是新能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，也是鋰、鎳、鈷等戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源可持續(xù)供應(yīng)的關(guān)鍵，按照動(dòng)力電池4～8年的使用壽命估算，2017年前后大規(guī)模裝機(jī)的新能源車動(dòng)力電池也將在今年迎來回收放量期。同時(shí)，在鋰鈷鎳礦石大幅漲價(jià)的帶動(dòng)下，廢舊動(dòng)力電池價(jià)格也隨之“水漲船高”，部分電池折扣系數(shù)(廢料價(jià)與新貨價(jià)的比)已由最低60％上升至100％以上。特別是隨著動(dòng)力電池裝機(jī)大規(guī)模放量，鋰鈷鎳等資源供需矛盾將進(jìn)一步加劇，動(dòng)力電池回收的市場價(jià)值也將更加凸顯。

2、膜分離技術(shù)是一種新興的分離手段，是在分子水平上不同粒徑分子的混合物在通過半透膜時(shí)，實(shí)現(xiàn)選擇性分離的技術(shù)。它憑借著操作簡單、低碳環(huán)保、可持續(xù)性、能耗低等優(yōu)勢(shì)，取代了傳統(tǒng)的干法分離、濕法冶金等技術(shù)，成為廢舊電池中有價(jià)金屬回收的有效途徑。膜分離技術(shù)主要取決于位阻效應(yīng)(依靠膜孔道與金屬離子的尺寸差異)、介電排斥(離子溶劑化到納米通道的能量勢(shì)壘，這是由納米通道壁上的水分子取向引起的)、道南效應(yīng)(膜孔道與金屬離子的電子相互作用)，其中位阻效應(yīng)是篩分金屬離子的最有效方法。

3、與常規(guī)的膜分離有價(jià)金屬相比，引入氨水/雙氧水作為鈷的氧化配位劑，將正八面體的六水合鈷離子構(gòu)建為雙核鈷氨配合物，放大了鈷鎳離子的電荷和尺寸差異，經(jīng)還原氧化石墨烯的尺寸效應(yīng)，配合氯化銨吸收液的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建的雙腔室分離系統(tǒng)，可以高效分離鈷鎳金屬，實(shí)現(xiàn)鈷鎳資源的回收再利用。所述的鈷鎳分離系統(tǒng)具有環(huán)境友好、能耗低、通量大、選擇性高等優(yōu)點(diǎn)，而且動(dòng)力學(xué)(濃差極化)和熱力學(xué)(分解反應(yīng))的雙重驅(qū)動(dòng)進(jìn)一步提高鈷鎳分離效率，為廢舊電池中鈷鎳資源的回收與利用提供了一種可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的鋰鈷鎳等資源供需矛盾大等等技術(shù)問題，提供了一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)及其構(gòu)建方法與應(yīng)用，該系統(tǒng)可作為用于在室溫環(huán)境下的高效回收廢舊電池中的鈷鎳資源，其不僅具有明顯高于離子液體、單一膜材料的選擇性，而且具有非常高的通量。

2、一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，所述構(gòu)建方法包括以下步驟：

3、第一步，制備進(jìn)料端溶液：將鎳鹽或鈷鹽分散在氨水和雙氧水的混合溶液中，超聲半小時(shí)制得的0.1～0.5mol/l鎳氨或鈷氨溶液作為進(jìn)料端溶液；

4、第二步，制備出料端溶液：將氯化氨分散在去離子水中，得到0.01～5mol/l氯化銨溶液作為出料端溶液；

5、第三步，制備前驅(qū)體溶液：按質(zhì)量體積比將0.6mg氧化石墨烯加入到40ml去離子水中，制得前驅(qū)體溶液；

6、第四步：按質(zhì)量體積比將160μl濃氨水和6mg葡萄糖溶解于第三步制得的前驅(qū)體溶液中，在80～120℃烘箱中加熱30～60分鐘，經(jīng)自然冷卻至室溫得到的還原氧化石墨烯分散液；

7、第五步：以多巴胺處理過的尼龍膜作為基底，倒入制得的還原氧化石墨烯分散液真空抽濾1～3天，制得還原氧化石墨烯膜；

8、第六步：在h型電解池中一端加入進(jìn)料端溶液，另一端加入出料端溶液，以制得的還原氧化石墨烯膜分隔進(jìn)料端溶液和出料端溶液；

9、第七步：在兩端加入磁子以500～600rad/s的轉(zhuǎn)速攪拌1小時(shí)，在滲透壓的驅(qū)動(dòng)下金屬離子從進(jìn)料端向出料端擴(kuò)散。

10、進(jìn)一步地，所述第一步中氨水和雙氧水的混合溶液由20～25ml濃度為25wt％的濃氨水和0.01～5ml濃度為30wt％的雙氧水混合均勻制備而成。

11、進(jìn)一步地，所述尼龍膜的孔徑為0.2μm。

12、進(jìn)一步地，所述所述第五步中多巴胺處理過的尼龍膜的制備方法為：

13、s1：將0.1mol/l鹽酸溶液加入到85.3ml去離子水中定容至100ml；

14、s2：將0.6057g三(羥甲基)氨基甲烷加入s1定容后的溶液中，攪拌使溶液分散均勻；

15、s3：將200mg鹽酸多巴胺加入s2分散均勻的溶液中充分溶解，制得多巴胺溶液；

16、s4：將尼龍膜浸泡在多巴胺溶液中，在震蕩器上以100～180rad/min的震蕩速率震蕩過夜，使尼龍膜被充分處理。

17、本申請(qǐng)還公開了一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)，所述基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)由進(jìn)料端溶液、出料端溶液和分離膜組成；所述進(jìn)料端溶液為鎳氨或鈷氨溶液，所述出料端溶液為氯化銨溶液，所述分離膜為還原氧化石墨烯膜，所述進(jìn)料端溶液的金屬離子的濃度為0.01～0.5mol/l。

18、本申請(qǐng)還公開了基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)在礦石冶煉提純中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)鎳的選擇性提取和鈷的選擇性保留。

19、原理解釋：以氨水和雙氧水作為氧化配位劑，形成的鈷氨配合物尺寸明顯大于鎳氨配合物，且?guī)в懈姾?，放大了鈷鎳離子的電荷和尺寸差異，經(jīng)還原氧化石墨烯的尺寸效應(yīng)，可以高效分離鈷鎳金屬，實(shí)現(xiàn)鈷鎳資源的回收再利用，與現(xiàn)有鈷鎳分離體系相比，本申請(qǐng)制備的基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)具有較高的通量和選擇性并且環(huán)境友好，具有良好的應(yīng)用前景。

20、有益效果：

21、1、基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，該方法所需原料如鎳鹽、鈷鹽、氯化銨、氨水、雙氧水等均為大宗商業(yè)化產(chǎn)品，成本較低；

22、2、基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，制備工藝操作簡單、安全，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；

23、3、本申請(qǐng)基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的通量高、選擇性好，與常規(guī)鈷鎳分離膜相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑幕谘趸湮坏拟掓嚪蛛x系統(tǒng)，選擇性顯著提高；

24、4、本申請(qǐng)所提供的用于鈷鎳分離系統(tǒng)的還原氧化石墨烯膜，具有很好的穩(wěn)定性，十次循環(huán)后選擇性未見明顯變化；

25、5、本申請(qǐng)所提供的鈷鎳分離系統(tǒng)的制備方法，其所需原料如鎳鹽、鈷鹽等均為大宗商業(yè)化產(chǎn)品，成本較低；

26、6、本申請(qǐng)所提供的基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，具有制備工藝簡單安全等優(yōu)點(diǎn)，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；苽洹?/p>

27、7、本申請(qǐng)實(shí)現(xiàn)了近40的鈷鎳分離選擇性，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)超于常規(guī)擴(kuò)散系統(tǒng)的分離性能，對(duì)鈷鎳資源的回收利用提供了一種新思路。

技術(shù)特征：

1.一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述構(gòu)建方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于：所述第一步中氨水和雙氧水的混合溶液由20～25ml濃度為25wt％的濃氨水和0.01～5ml濃度為30wt％的雙氧水混合均勻制備而成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于：所述尼龍膜的孔徑為0.2μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)的構(gòu)建方法，其特征在于，所述第五步中多巴胺處理過的尼龍膜的制備方法為：

5.一種權(quán)利要求1-3任一所述構(gòu)建方法得到的基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)，其特征在于：

6.一種權(quán)利要求4所述基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)在礦石冶煉提純中的應(yīng)用，其特征在于：實(shí)現(xiàn)鎳的選擇性提取和鈷的選擇性保留。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于氧化配位的鈷鎳分離系統(tǒng)及其構(gòu)建方法與應(yīng)用，該系統(tǒng)包含進(jìn)料端溶液、出料端溶液和分離膜，氧化配位后鈷鎳的化學(xué)行為差異得以放大，經(jīng)還原氧化石墨烯膜的尺寸效應(yīng)實(shí)現(xiàn)分離，本發(fā)明還提供了上述體系的構(gòu)建方法，本發(fā)明研發(fā)的基于氧化配位的鈷鎳分離體系展現(xiàn)出優(yōu)異的通量和選擇性，本發(fā)明制備工藝安全簡單、原料廉價(jià)易得、制備成本低，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。

技術(shù)研發(fā)人員：晏成林,章天舒,錢翊鈞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘇州加尚新能能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30