Détection et récupération du palladium, or et métaux de cobalt provenant de la mine urbaine utilisant de nouveaux capteurs / adsorbants désignés avec Nanoscale Wagon en forme de roues-Pores

Cube Ia 3 d échafaudages monolithiques gyroidal périodiques et MSA en forme de wagon-roues avec grand cylindriques pores ouverts (jusqu'à 10 nm de diamètre) ont été fabriqués en utilisant des gabarits directe assisté à la pression d'un système de micro-émulsion copolymère P123. Micrographies TEM des MSA montrent canaux organisés dans les grandes tailles de domaine et dans différentes géométries orientationnelles dans les gyroidal bicontinues cubes Ia 3 D mésostructures wagon-roues comme (Figure 1). Bien que les sondes L1, L2 et L3 ont été directement physisorbée dans les échafaudages monolithiques (~ 80 mg de sonde par gramme d'échafaudage), les MSA fourni le contrôle de lixiviation potentiel de ligands sur le lavage, détection des conditions des essais, et un traitement chimique au cours de cycles de régénération / réutilisation. Wagon Wheel pores de forme comme en vedette les cubes Ia 3 d structures des MSA, comme en témoignent les images de TEM (Figure 1). leDes micrographies HRTEM enregistrées le long de la facette dominante dans la direction [111] indiquent la formation d'cubique morphologie de surface bi-continue de 37 à 39. Sextuplé canaux symétriques avec différentes interconnexions de taille nanométrique dans la roue de wagon pores de forme-comme caractéristiques étaient les cubes Ia3d structures de réseau des CES (Figure 1, au centre) 44. En outre, l'accord dans le réseau de cellules unité de détermination par microscopie TEM (22,5 nm) avec le paramètre de la cellule de l'unité déterminée par un petit angle XRD (a = D 211 √6) indique la formation de la cubique morphologie Ia3d MSA. L'apparence des pores de différentes formes géométriques dans cette orientation six fois autour de chaque modèle de roue de chariot est la caractéristique clé de Pd contrôlée (II), Au (III) et Co (II) la diffusion d'ions, l'adsorption et la récupération. Figure 2B indique que des géométries de pores uniformément en forme et les propriétés texturales du cube <em> IA 3 D MSA-1, MSA-2 et MSA-3 ont été retenus (surface spécifique (S BET) de 560, 520 et 570 m 2 / g; volume poreux (Vp) de 1,03, 0,98, et 1,09 cm ​​3 / g, et la taille des pores (D / nm) de 8,2, 8,1, et 8,2 nm, respectivement, comme le montrent les résultats de deux isothermes N). Cette rétention de cube Ia 3 d MSA intégrité structurelle a été utilisé pour la conception rationnelle des MSA, pour lequel le Pd (II), Au (III), et co ions (II) ont été détectés avec un temps de réponse rapide, même à nanomolaire concentrations (figure 3-5). Un nombre important de fragments organiques avec des sites actifs fonctionnels potentiels sont fortement ancré sur les surfaces des pores de roue de chariot via des liaisons hydrogène et les interactions de dispersion avec maintien du cube Ia 3 d géométrie, comme en témoignent les plans de Bragg de réflexion (hkl) (figure 2A ). La formation des CES hybride organique-inorganique stables avec appropriéelogements de L1, L2 et L3 dans les pores de la roue de wagon pourrait conduire à pas de lessivage de ligands pendant les détection d'ions métalliques / capture / analyses de processus d'enlèvement et de réutilisation / récupération. La spécificité et la sensibilité de la MSA en forme de wagon-roue pour la cible Pd (II), Au (III) et Co (II) des ions ont été contrôlés en ajustant le pH à 2, 7 et 5.2, respectivement. Ces valeurs de pH spécifiques sont les plus appropriés pour le suivi et l'élimination des ions métalliques à l'aide MSA (figure 6A) sélectif, sensible et efficace. La procédure de quantification pour la détection / capture Pd (II), Au (III) et Co (II) des ions MSA-1, MSA-2 et MSA-3 impliqués détecter des changements dans l'intensité de la couleur à des temps de réponse de couleur (R t) de 2, 3 et 5 minutes, respectivement. Pour évaluer la sensibilité des CES, des transitions de couleurs dans le spectre de réflectance qui pourraient être détectées par l'oeil humain ont été étroitement surveillés sur une large plage de concentrations en ions métalliques(0-5,000 mg / L). Figures 6B-D montrent les variations dans la couleur et l'intensité de réflectance MSA-1, MSA-2 et MSA-3 à λ max 384, 486 et 537 nm, respectivement. Ces changements indiquent métal-ligand événements de liaison lors de la formation de l'octaèdre [Pd (L1) 2], plan carré [Au- (L2)], et octaédrique [Co (L3) 2] complexes (la stabilité constantes de ces complexes sont plus élevés que ceux de complexes d'ions en compétition; Figure 7) .Le réflectance réponses spectrales des CES a indiqué la détection efficace / reconnaissance de métaux. En outre, la figure 6F montre que les CES sont très efficaces dans l'élimination et le suivi de Pd (II), Au (III) et Co (II) des ions provenant de la mine urbain et des solutions LIB sur une large plage de concentrations (à partir ug / L à mg / L) et même à la limite faible concentration de 0,19, 0,6, et 0,51 ug / L, respectivement. Les rendements d'ions détection / ion-enlèvement de la wagon-forme de roues vers les CES Pd (II), Au (III) et Co (II) en l'absence d'ions et en présence d'ions gênants ont été évaluées (figure 7). Des changements significatifs dans le visible des modèles de couleur et des spectres de réflectance étaient évidents, dans la plupart des cas, lors de l'addition de 1 à 18 ions concurrents [c.-à-(G1) de K (I), Na (I), Li (I), Ca (II ), Fe (III) et Cu (II); (G2) de Cd (II), Pb (II), Hg (II), Ni (II), Mn (II), Al (III); et (G3) de Bi (III), Zn (II), Dy (III), Er (III), Ho (III), La (III)] pour le Pd (II), Au (III) et Co (II) les systèmes d'ions, confirmant le retrait sélectif et le suivi efficace de la cible (T) ions. De faibles concentrations de Ni (II), Cu (II) et Fe (III) des ions brouillé, mais les interférences ont été éliminés à l'aide de 0,3 à 0,5 M de citrate / solution de tartrate en tant qu'agent de suppression; aucun changement signi fi catives dans les modèles de couleur visibles et réflectance spectres se sont produits lors de l'addition de concentrations élevées de divers cations dans les conditions optimales d'ions détection / capture (pH 2, 7, 5,2 et 40 mg de MSA, 20 ml de volume, 25 ° C) (figure 7). Ces résultats indiquent l'identification et la saisie sélective d'ions cibles dans un large éventail d'échantillons réels contenant des concentrations élevées d'ions en compétition 45,46. La réutilisation de la MSA en forme de wagon-roue a été évaluée en examinant les spectres de réflectance de l'ion cible tests de détection / de capture et de déterminer l'efficacité d'absorption (E%) en fonction du cycle de régénération / réutilisation. Le procédé de recyclage a été réalisée par décapage de la Pd (II), Au (III) et Co (II) à partir des surfaces des ions MSA (c.-à-décomplexation). Décomplexation a été effectuée en traitant le Pd (II) -, Au (III) -, et Co (II) avec 0,1 M -MSAs HClO 4, 0,1 M de thiourée dans 1% de HCl concentré, et du HCl 2 M, respectivement. Le traitement de décomplexation a été effectuée plusieurs fois pour enlever complètement le Pd (II), Au (III) et Co (II) à partir des surfaces des ions MSA. UV-vis Spectroscopie et ICP-MS ont été utilisés pour confirmer que les surfaces MSA étaient exemptes de métal (figure 8). Efficacité d'assimilation de MSA-1, MSA-2 et MSA-3 ont été calculées en% (C A / C 0) où C A est la cible la concentration en ions absorption par MSA solides et C 0 est la concentration initiale en ions cibles. Les résultats indiquent que les fonctionnalités des MSA en forme de wagon-roues ont été maintenus pendant huit cycles de régénération / réutilisation 46,47. La reprise de Pd (II) et Au (III) à partir de déchets électroniques (c.-à-cartes PCI) et Co (II) à partir de BIL a été réalisée en plusieurs étapes: La première étape a été la séparation mécanique des broyées composants de la carte PCI. La deuxième étape comprenait un procédé hydrométallurgique de prétraitement, dans lequel les puces de la carte PCI (source e-déchets) ont été lessivés dans un mélange de 2 MH 2 SO 4 unend 0,2 MH 2 O 2 à 90 ° C pendant 6 heures pour dissoudre les métaux (Cu, Fe, Ni, Al, Li, Mn, Co et Zn) et une suspension de matière plastique partiellement dissous et Pd (II) et Au (III ) 8 ions. Après filtration des matières plastiques non dissoutes, le résidu est lixivié avec un acide conjugué de HCl et HNO 3 (3: 1) à 70 ° C pendant 3 heures pour former une solution soluble de Pd (II), Au (III), Ag (I ), Fe (III), Sn (IV) et Al (III) des ions. Le Fe (III), Sn (IV) et Al (III) précipite les ions en augmentant solution de pH 4,5 en utilisant jusqu'à 2 M de NaOH et filtré. AgCl a été précipité en utilisant du NaCl et on filtre (Figure 9). En outre, les composants de déchets BIL ont été traitées avec du HNO 3, ce qui conduit à un mélange de Co (II), Ni (II), Mn (II), Li (I), Fe (III) et Al (III) des ions. La troisième étape a consisté à une série d'expériences de lots effectuées dans des conditions expérimentales contrôlées. Dans ces expériences, ont été purifiés solutions de lixiviation, Pd (II) et Au (III)ions ont été récupérés à partir des solutions de rebut électroniques en utilisant MSA-1 et MSA-2 (voir la figure 9) et Co (II) a été récupéré à partir des principaux produits de la solution en utilisant LIB MSA-3 (tableau 1). Après élimination, le filtrat a été analysé par ICP-MS. Dans la quatrième étape, les absorptions de pourcentage de Pd (II) et Au (III) par MSA-1 et MSA-2 à partir d'un mélange mine de composite urbaine réelle [0,119 mg / l de Pd (II), 0,35 mg / L Au (III ), 0,23 mg / L d'Ag (I), 7,05 mg / l de Cu (II), 5,78 mg / l Ni (II), 13,35 mg / L de Fe (III), 7,09 mg / L Al (III)] ont été déterminés. MSA-3 a été utilisé pour estimer la récupération de Co (II) des ions à partir d'un véritable mélange composite LIB [1,75 mg / L Co (II), 420 mg / L de Ni (II), 350 mg / l Mn (II), 370 mg / L Li (I), 7 mg / L de Fe (III), 1 mg / L Al (III)]. L'efficacité de l'absorption de Pd (II), Au (III) et Co (II) ions par MSA-1, MSA-2 et MSA-3 a été calculé comme suit: E% = C A / C e = C 0 – C e / C <sub> 0, où C A est l'absorption de la concentration en ion cible par MSA solides, et C e et C 0 est la concentration en ion cible dans les solutions équilibrées et initiales. Le tableau 1 présente les résultats de l'étude de l'extraction du Pd réelle échantillon (II), Au (III) et Co (II) en utilisant les MSA; les absorptions de pourcentage de Pd (II), Au (III) et Co (II) ont été d'environ 79%, 68% et 66%, respectivement. La cinquième étape impliquée expériences de récupération en utilisant des agents de décapage (Figure 3-5) pour libérer Pd (II), Au (III) et Co (II) des ions à partir des surfaces de MSA en forme de wagon-roue. L'efficacité de récupération (R%) a été calculé comme suit: R% = C R / C A, où R C est la concentration en ion cible libéré en solution par l'agent de strippage. ICP-MS analyse des solutions recueillies a indiqué que >> 98% des ions métalliques nousêtes libéré par simple décapage chimique (tableau 1). Ce résultat indique que les niveaux de Pd (II), Au (III), et co ultra-traces (II) des ions ont été extraites de la mine urbaine par les MSA. Figure 1. Etude de la géométrie en forme de wagon-roue. Micrographies HRTEM du modèle de roue de chariot dans les cubes Ia 3 d structures des MSA. Centre: la forme des cristaux. Figure 2. Détermination de mésostructurés réseau cristallin et de surface paramètres de pores en forme de wagon-roues. Diagrammes de XRD (A) et N 2 d'adsorption / isothermes de désorption (B) de les en forme de wagon-roue, cubes Ia 3 d MSA. <p class="jove_content"fo: keep-together.within-page = "always"> Figure 3. ingénierie systématique de la MSA-1. Fabrication de Pd (II) -MSA-1 et Co (II) -MSA-3 via le procédé assisté par pression. Figure 4. ingénierie systématique de la fabrication MSA-3. De Co (II) -MSA-3 via le procédé assisté par pression. Figure 5. génie systématique de la MSA-2. Fabrication de Au (III) -MSA-2 par l'intermédiaire du protocole de blocs de construction. Figure 6. contrôlée dépendante du pH de Pd (II), Au (III) et Co (II) ion-ssystèmes Ensing. (A) des profils de pH-réponse MSA-1, MSA-2 et MSA-3 pendant les détection et de suppression des dosages de cible Pd (II), Au forme de wagon-roues (III) et Co (II) ions. L'efficacité du spectre de réflectance a été contrôlée en fonction du pH à λ max = 384, 486, et 537 nm, respectivement. (B – D) cible concentration en ions en fonction du spectre de réflectance de MSA-1, MSA-2 et MSA-3, respectivement. (E) Couleur des Cartes pour la MSA avec plus de 2 ppm de Pd (II), Au (III) et Co (II). (F) parcelles d'étalonnage de (R – R 0) vs [M n +] pour MSA-1, MSA-2 et MSA-3. Remarque: R et R représentent 0 la réflectance des MSA avec et sans l'addition d'ions cibles, respectivement. Figure 7. Etude du Pd (II), Au (III) et Co (II) systèmes d'ions sélectifs (A – C). Sélectivité des MSA-1, MSA-2 et MSA-3 en forme de wagon-roue- vers Pd (II) (2 mg / L), Au (III) (1 mg / L) et Co (II) (2 mg / L) de détection d'ions et les dosages d'ions renvoi. (D) de réponse de couleur séquentielle ofMSA-1, MSA-2 et MSA-3 (blanc, à savoir, le dosage sans métal) vers la cible Pd (II), Au (III), et des ions Co (II) lors de l'addition d'interférer ions en simple, binaire, et les groupes d'ions (G1-G3). Figure 8. Réutilisation des CES en forme de wagon-roues (A) l'évaluation des en forme de wagon-roues, optiques tests de détection / d'élimination des ions cibles après des cycles de huit régénération / réutilisation (cible concentration en ions:. 2 mg / L; pH et les valeurs de temps de réponse de signal pour MSA-1, MSA-2 et MSA-3: pH = 2, 7, une5,2 d, R t = 2, 3, et 5 min, t = 25 ° C). (B) Absorption de l'efficacité par rapport au nombre de cycles de régénération. Figure 9. récupération réel de Pd (II) et Au (III) des ions de solutions électroniques de ferraille. De traitement hydrométallurgique des cartes PCI et la récupération de Pd (II) et Au (III) des ions de solutions électroniques de ferraille. Ions cibles Cible ions détermination Ions cibles (mg / L) Ions métalliques coexisté (mg / L) E% R% </tr> Pd (II) C 0 0,119 Ag (I): 0,23, Au (III) suivante: 0,35, Al (III): 7,09, Ni (II) suivante: 5,78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7,05 79 97 C e 0,025 Ag (I): 0,225, Au (III): 0,351, Al (III): 7,11, Ni (II) suivante: 5,77, Fe (III): 13,32, Cu (II): 6,95 C R 0,0913 Ag (I): 0.00, Au (III): 0,001, Al (III): 0,00, Ni (II): 0,002, Fe (III): 0,005, Cu (II): 0,009 Au (III) C 0 0,35 Ag (I): 0,23, Pd (II): 0,119, Al (III): 7,09, Ni (II) suivante: 5,78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7,05 68 98 C e 0,11 Ag (I): 0,231, Pd (II): 0,118, Al (III): 7,00, Ni (II) suivante: 5,66, Fe (III): 13,29, Cu (II): 6,92 C R 0,235 Ag (I): 0,00, Pd (III): 0,002, Al (III): 0,00, Ni (II): 0,004, Fe (III): 0,003, Cu (II): 0,01 Co (II) C 0 1,75 Ni (II): 420, Mn (II): 350, Li (I): 370, Fe (III): 2,00, Al (III): 0,40 66,3 95 C e 0,59 Ni (II): 419,34, Mn (II): 350,06, Li (I): 370, Fe (III): 1,91, Al (III): 0,05 C R 1.15 Ni (II) suivante: 0,85, Mn (II): 0,00, Li (I): 0,00, Fe (III): 0,05, Al (III): 0,02 Tableau 1. La détermination quantitative des ions métalliques dans des échantillons réels. ICP-MS données analytiques pour la reprise de Pd (II), Au (III) et Co (II) des ions dans les déchets électroniques et les solutions Lib.