JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Algılama ve Palladium Kurtarma Kentsel Madeninde Altın ve Kobalt Metal Nano Wagon tekerlekli şeklindeki Porların ile Belirlenmiş Yeni Sensörler / adsorbanlar kullanma

Published: December 06, 2015
doi:
10.3791/53044
, , , ,
1National Institute for Materials Science, Japan, 2Graduate School for Advanced Science and Engineering,Waseda University, 3Center for Research in Isotopes and Environmental Dynamics,Tsukuba University

Summary

Çünkü paladyum, altın ve kobaltın önemi ve yaygın kullanımı yüksek teknoloji ekipman metaller, onların kazanımı ve geri dönüştürülmesi önemli bir sanayi sorun oluşturmaktadır. Burada tarif edilen metal geri kazanım sistemi basit, düşük maliyetli, kentsel madeninden bu metallerin etkin algılama, kaldırma ve geri kazanımı için anlamına gelir.

Abstract

Düşük maliyetli, kurtarma ve paladyum, altın ve kentsel madenden kobalt metal geri dönüşüm için verimli süreçler geliştirilmesi endüstrileşmiş ülkelerde önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Burada, etkili bir tanıma ve Pd (II) seçici geri kazanımı için bir optik mesosensors / adsorbanlar geliştirilmesi (MSA), Au (III) ve Co (II), kentsel madeni elde edildi den. Yüksek dereceden gözenekli monolitik yapı iskelesi kullanılarak göre MŞA'nın hazırlamak için basit, genel bir yöntem tarif edilmiştir. Hiyerarşik kübik la 3 d vagon tekerlek şeklindeki MSA üç boyutlu gözenekler ve mezogözenekli monolitik iskeleleri mikrometrik tanecik yüzeylerinde içine ankraj kenetleme maddeleri (renklendirici) tarafından imal edilmiştir. Bulgular, ilk kez, Pd (II), Au kontrollü optik tanıma kanıtı (III) ve Co (II) iyonları ve Pd geri kazanılması için son derece seçici bir sistem (ll) iyonları (~% 95 kadar) göstermektedir cevherleri ve endüstriyel atıkların. Ayrıca, kontrollü değerlendirme süreçleri onu tarifein içsel özelliklerine (örneğin, görsel sinyal değişikliği, uzun vadeli istikrar, adsorpsiyon verimi, olağanüstü duyarlılık, seçicilik ve tekrar kullanılabilirlik) değerlendirilmesi dahil; Böylece, pahalı, sofistike araçlar gerekli değildir. Sonuçlar MSA'lar kurtarma ve paladyum, altın ve kobalt geri dönüşüm gelecek vaat eden bir teknolojik araç olarak dünya çapında dikkat çekecek dair kanıt göstermek metaller.

Introduction

Platin grubu metallerin (PGM) patlayan kullanımı için itici güçler onlara geniş bir uygulama yelpazesi temel bileşenleri yapmak olağanüstü ve bazen de özel özellikleri vardır. PGM sürdürülebilir bir toplum inşa rol oynayabilir ve bu malzemeler çağdaş uygulamalar ve çeşitli ürün kullanılmaktadır: kimyasal proses kataliz, otomotiv emisyon kontrolü, bilgi teknolojileri, tüketici elektroniği, güzel takı, dental materyallerin hazırlanması, fotovoltaik yakıt hücreleri ve lityum iyon pilleri (İTK) 1-10. Geçtiğimiz yüzyılda, dünya çapındaki ekonomik değişimler PGMlerin kullanımı ile güçlendirilmiş oylandı. Çünkü temiz teknolojiler ve yüksek teknoloji ekipman PGMlerin önemi, PGMlerin kullanımı modern toplumda önemli ölçüde artmıştır. Çünkü özellikle elektronik cihazların üretiminde PGMlerin, kullanımında keskin artışların, elektronik atık (e-atık) birikimi environmenta yol açmıştırl zorluklar ve kaygılar. Ayrıca, emtia fiyatlarındaki son dalgalanma e-atıkların 1-4 madencilik yeni bir ilgi uyandırmıştır.

E-atıklar hem tehlikeli maddeleri ve değerli paladyum, altın ve kobalt metal içerir. E-atıklar düzenli depolama sahalarında bertaraf veya çevreye zarar vermeyecek şekilde tedavi edilmezse, çevresel hasar yüksek risk oluşturabilir. Paladyum, altın ve e-atıkların kobalt metal sürdürülebilir ve bu metallerin 5-10 "yeşil" ikincil kaynaktır. Paladyum, altın ve kobaltın geri kazanılması için Bu nedenle, etkin bir süreç E-atıklardan metallerin acilen ihtiyaç vardır.

Birçok teknolojik alanda gelecekteki gelişmeler ana metal kaynaklarının kontrolünü gerektirir. Çünkü paladyum, altın ve kobalt artan önemi çevre sorunlarına 11-13 endüstriyel uygulamalar ve çözümleri, adsorpsiyon / extractio gelişmekte metallertanınması ve bu metallerin geri kazanımı için n teknikleri öncelikli olmuştur.

Elektronik ürünlerde kullanılan başlıca değerli metaller gümüş, altın, paladyum, platin, rodyum ve 4-8 küçük miktarlarda bulunmaktadır. Kurtarma paladyum ve altın, çünkü endüstriyel uygulamalar, ekonomik değeri, ve nadir bir olayda, geniş bir aralıktaki özelliklerinin benzersiz kombinasyonu önemli hale gelmiştir. Piyasa mekanizmaları toplama ve modası geçmiş bilgisayarlar, televizyonlar, cep telefonları ve diğer elektronik cihazların devre kartlarının geri dönüşüm oranlarının artırılması etkili olmuştur. Bilgisayar anakartlar gibi kitlesel üretilen tüketici bileşenleri, Pd yaklaşık 80 gr ve e-atık ton Au 300 g içerir; cep telefonu yakışıklı için gelen tutarlar Pd 130 gr ve e-atık 5-10 ton başına Au 200 g bulunmaktadır. Bu kentsel madeni karşılaştırma (bu metallerin büyük miktarda tutan Au ve Pd (kayalarda, son derece düşük konsantrasyonlarda bulunurlar~ 4 ng / g), toprak (1 ng / g), tuzlu su (0,05 ug / L) ve nehir suyu (0.2 ug / L), 14-16). Paladyum, altın ve kobalt sürekli ve güvenilir bir kaynağını sağlamak için gelecekteki teknolojik yenilikler ve yeni elektronik ekipman metaller, e-atıklardan metallerin geri dönüşümü için değerli verimli ve düşük maliyetli teknolojisini geliştirmek için çok önemlidir. Bu teknolojinin kısa kaynağı olacağı tahmin, hatta 100 yıl içinde, bitkin nadir toprak cevherleri, gelecekteki kıt durumu karşı sigorta olarak hizmet verebilir.

Kobalt gibi bir eleman neredeyse tüm tür kütüphaneleri 17-19 olarak elektrokimyasal depolama enerji hücreleri için önemli bir girdi vardır. Çünkü bilişim teknolojisinin hızla büyümesi ve LIBs geniş yelpazede kullanım, e-atıklar gibi LIBs sürüm, yeni bir çevre sorunu 18-20 araştırdı. Bu nedenle, bu kaynakların geri kazanılması tarafından özenle bu atıkların alınmasında yeni bir yol açabilirÇevre ve endüstriyel uygulamalar.

Birçok güçlü ve köklü metodolojileri ve analitik teknikler Au ayrımcılık ve ölçmek için kullanılmaktadır (III), Pd (II) ve alev ve karbon fırın atomik absorpsiyon spektrofotometre dahil olmak üzere doğal cevheri ve sanayi atıkları, içinde Co (II), ultraviolet Görünür (UV-vis) spektrofotometre, nötron aktivasyon analizi ve indüktif eşleşmiş plazma kütle spektrometresi 14-16,21-27. Onların çok yönlülük ve artan popülaritesi rağmen, bu analitik teknikler birçok eksiklikleri muzdarip. Örneğin, genellikle, dikkatli planlama ve test gerektiren numune matrisi girişimi en aza indirmek için birçok örnek hazırlama adımları içeren, karmaşık bir cihaz ve iyi eğitimli bireyler gerektirir ve titiz deneysel koşullar altında 17,21 yapılmalıdır. Ayrıca, bu analitik teknik, tüm solvent ext öncesi konsantrasyonu ve ayırma aşamaları içermektedirreaksiyona karşı, coprecipitation, iyon değişimi, adsorpsiyon ve, öncesinde kendi tayin 20-27 matris bileşenleri hedef metal iyonlarını önceden konsantre. Ayrıca, Hidrometalurji ve pirometalurjik teknikleri sanayide yaygın 19-22 geri dönüşüm zinciri kullanılmıştır. Bu nedenle, etkin maliyetli ve kolay kullanımlı analitik yöntemler geliştirmek paladyum, altın ve kobalt kurtarmak için Doğal cevheri ve endüstriyel atıklardan metallerin çevre koruma ve sanayi sektöründe 11-13 hem önemlidir.

Yeni teknolojiler, kimyasal analiz ve doğal cevher ve endüstriyel atıklardan metallerin geri kazanımı için yeni yaklaşımlar sunabilir. Son gelişmeler maliyetini azaltarak ve optik kimyasal nanosensors / adsorbanları imal etmek süresini kısaltarak yapılmıştır; Bununla birlikte, bir optik adsorbanlar de metallerin 28 arasında geniş bir aralığı için belirli bir gerçek dünya algılama, ekstre edilerek ve geri kazanım uygulamaları için kullanılan-36. Son zamanlarda, araştırma su örneklerinde 28-32 basit ve aynı anda çıplak gözle tespiti ve civa ve altın iyonları gibi zehirli ve değerli metal iyonları, uzaklaştırılması için son derece hassas sensörler olarak kullanılmak üzere belirli katı gözenekli yekpare terzilik odaklanmıştır. Burada, seçici olarak geri kazanılması Au verimli tespit eden bir (III) ve Pd (II), kentsel madeni bildirilmiştir arasından; buna ek olarak, işlem LIBs gelen Co (II) iyonlarının geri kazanılması için de uygulanabilir. Bu işlem ile Geri Dönüşüm metaller yalnızca Au (III), Pd (II) için ikincil bir kaynak olarak hizmet olmamalı, ve Co (II) iyonlarının aynı zamanda çevre kirliliğini azaltmak. Vagon tekerleği biçimli MŞA'nın protokol tasarımları, ilk kez, Pd geri kazanımı için Au (III), Pd (II), ve Co (II) iyonlarının ve son derece seçici bir sistemin kontrollü optik tanıma kanıtı (göstermek II) iyonlarının (cevher ve endüstriyel atıklar) ~% 95 kadar.

Protocol

1. Fabrikasyon Wagon-tekerlek şeklinde, Kübik la 3 d Mezogözenekli Monolitik iskeleleri NOT: kübik geometri (tercihen gyroidal la 3 d simetri) ve üç bloklu kopolimer Pluronik P123 [P123 ile mezogözenekli monolitik iskelelerinin mikrometrik tanecik yüzeyleri kontrol; poli bir şablon olarak] (EO 20 PEO 70 EO 20) (etilen -propilen -etilen oksit blok oksit-blok oksit-). 2: Normal koşullar altında, 1.6 kütle oranında P123 pentadekan ve tetrametil ortosilikat (TMOS) ekleyin HCl / H2O için 1.2 (pH ~ 1.0) 200 ml'lik yuvarlak dipli bir şişede, Daha sonra, homojen bir sol-jel oluşturucu kadar 45 ° C'de karışım çalkalanır. Bir döner buharlaştırıcıya balon bağlayın ve 45 ° C 'de ve 1023 hPa karışımı bir başlangıç ​​basıncı buharlaşır. Bu koşullar altında, ekzotermik hidroliz ve TMOS kondansasyon hızlı bir şekilde meydana gelir. Evaporati Devam10-20 dakika süreyle karışımın üzerine bağlantı balonun 37-39 duvarının etrafında optik jel benzeri vagon tekerlek şeklindeki monolith elde etmek. Kurutma işlemini tamamlamak üzere 24 saat boyunca 45 ° C 'de olduğu gibi hazırlanmış monolitin ihtiva eden kuru bir şişeye. 450 ° C'de kurutuldu vagon tekerlek şeklindeki monolith davranın Normal atmosfer koşulları altında 8 saat boyunca ° C. MŞA'nın üretiminde taşıyıcı bir platform olarak daha sonraki kullanım için toz haline getirilmiş bir katı havan ve dibek kullanılarak tamamen monolitin ve mağaza zemin malzemesi öğütün. Malzemelerin 2. Karakterizasyonu Yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HRTEM), Ultrasonik temizleyici kullanılarak 5 mi etanol çözeltisi içinde örnek 1 mg dağıtılması ve daha sonra, bir bakır ızgara üzerine numunenin iki damlacıkları bırakın. HRTEM sütununda örnekleri yerleştirmeden önce, 20 dakika boyunca ızgara vakum içinde kurutulur. HRTEM bir CCD kamera bağlı bir transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak gerçekleştirin. 200 kV bir hızlandırma voltajında ​​Telaffuz HRTEM mikrografları 0,1 nm'lik bir örgü çözünürlüğünü elde edildi. N 2 adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri Ön tedavi vagon tekerlek şeklindeki 100'de örnekleri Basınç 10 -3 Torr'a dengelenmeye vakum altında 8 saat boyunca ° C. Üreticinin talimatlarına göre bir yüzey alanı ve gözenek boyut analizörü kullanılarak 77 K N 2 adsorpsiyon-desorpsiyon izotermleri ölçün Yerel olmayan yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak adsorpsiyon izotermleri gelen gözenek boyut dağılımının belirlenmesi. Brunauer-Emmett-Teller (BET) teorisini kullanarak N2 adsorpsiyon izotermleri doğrusal segmentlerinden çoklu adsorpsiyon verileri kullanılarak spesifik yüzey alanı (S BET) hesaplayın. Küçük açılı X-ışını toz difraksiyon (XRD) 18 kW'lık difraktometresi kullanılarak XRD desenleri ölçün ve üretici başına & gibi CuKa radyasyon monokrome# 39; ın talimatları. 88.2 ile 1,35 nm arasında aralıkları d- karşılık, 2θ açılarla ° ° 0.1 ila 6.5 bir grafit monokromatör ve Göbel aynası detektörleri her ikisini birden kullanarak Kayıt kırınımı. Öğütülmesine ve numune tutucuya toz yayıldı. 2θ standart tekrarlanabilirliği (± 0.005 °) ile kırılma tepe çözünürlüğü onaylayın. Tekrarlayın numune ölçümü çeşitli açılarda rotasyon ile üç kez (15 °, 30 ° ve 45 °). Pd 3. Üretim (II) -MSA-1, Au (III) 'ün -MSA-2 ve Co (II) -MSA-3 Pd (II) sentezi -MSA-1 ve Co (II) -MSA-3 Not: 1,5-diphenylthiocarbazone dikarboksilat (L1) ve 2-nitrozo-1-naftol ile vagon tekerleği biçimli, kübik Ia 3 d yekpare modifikasyonu yönlendirmek için bir basınçla yardımlanan yöntemini (L3) ligandlar (0.1 M EtOH çözeltiler) Pd (II) -MSA-1 ve Co (II) -MSA-3, sırasıyla, imal edilmesi için. Et eklehanolic 1,5-diphenylthiocarbazone dikarboksilat (L1) veya yuvarlak bir şişeye, katı vagon tekerleği yekpare 2-nitrozo-1-naftol (L3) çözümleri ve 1 dakika boyunca çalkalama altında karıştırın. Bir döner buharlaştırıcı heterojen EtOH-L1 / katı bir bütün karışımı içeren bir şişeye bağlayın ve 45 ° C 'de ve 1023 hPa karışımı bir başlangıç ​​basıncı buharlaşır. Bir döner buharlaştırıcı heterojen EtOH-L3 / katı bir bütün karışımı içeren bir şişeyi bağlayın ve 50 ° C 'de ve 1023 hPa karışımı bir başlangıç ​​basıncı buharlaşır. Çevre sıcaklığında vakum altında heterojen EtOH-ligand / katı bir bütün karışımından EtOH çözüm çıkarın. Vagon tekerleği aktif yüzey sitelerinin bol hidroksil grupları arasında ligand katı (MSA-1 ve MSA-3) physisorbed kısa menzilli etkileşimleri (örneğin, van der Waals ve H-bağı etkileşimleri) oluşumu mekanizmasını ortaya şekilli iskeleleri ve bunların heteroatom 40,41 ligandları. Amo hesaplayınİmmobilize, L1 ve L3 unts şunlardır: q e = (Cı 0 – C e) V / q e adsorbe miktar m, V çözelti hacmi (L), m taşıyıcılar (g) kütlesi ve C 0 ve C e sırasıyla başlangıç ​​ve süpernatant prob konsantrasyonları bulunmaktadır. İmmobilize, L1 ve L3 miktarı / g civarında 0.09 mmol olması beklenebilir. Au (III) 'ün sentezi -MSA-2 NOT: Au sentezlemek için yapı taşları protokolü uygulayın (III) -MSA-2: Vagon tekerleği biçimli HOM-DDAB yekpare üretilmesi için bir döner buharlaştırıcı kullanılarak vagon tekerleği biçimli HOM iskelelerinin 0,5 g 'ı içerisine dilauryldimethylammonium bromür 0,1 M etanol çözeltisi (DDAB) içindeki bir 40 ml hareketsiz. DI su 80 ml hydrophilic6-hidroksi-5- (4-sulfonatophenylazo) -2-naftalensülfonik asit disodyum tuzu (L2) ligandın 20 mg çözülür. Katı HOM-DDAB yekpare 0.5 g ekleyin.n H filtrasyon yoluyla 2 O çözüm kaldırmak. Hiçbir L2 ayrıştırılır kadar deiyonize su ile yıkayın HOM-DDAB-L2; 4 saat boyunca 65-70 ° C'de, sonra kuru numune. Not: HOM iskele gramı başına 0.07 mmol L2 ligandı HOM-DDAB 42 dahil edilmiştir. L2-DDAB katı etkileşime dayalı (MSA-2) oluşum mekanizmasını netleştirin. Tespit Pd 4. Toplu Çalışmaları (II), (III), Au, ve Co (II) İyonlar 20 mg daldırın vagon tekerleği biçimli Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonları içeren bir karışım MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 (iyon konsantrasyonu 2 mg / L), ; sırasıyla 2, 7 ve uygun pH değeri, 20 ml hacim ve pH'ın ayarlanması ve 5,2. Mekanik olarak 25 ° C'de sıcaklık kontrollü bir su banyosunda karışımları sallayın 300 rpm sabit çalkalama hızında 45 dakika boyunca ° C. 25 mm, filtre kağıdından filtre MŞA'nın; dengeleme sonra, görsel renk değerlendirmesi ve yansıma spektrumları measurem kullanınhastalar iyon konsantrasyonunu belirlemek için. Belirleme Pd (II), Au (III) ve Co (II) λ max 384, 486 de MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 reflektansı yoğunlukları karşılaştırarak iyon konsantrasyonunu hedef ve sırasıyla 537 nm, ne Hedef örneklerin standart konsantrasyon olan hedef Numunelerin bilinmeyen konsantrasyonda eklenmesi. Hedef Pd (II) kullanan diğer deneyleri yürütmek, Au (III) ve Co (II), 2, 7 ve 5.2 arasında optimum bir pH değerinde iyon konsantrasyonları sırasıyla, UV-vis spektroskopi ile. Milyon başına bölüm (ppm, mg / L), milyar başına bölüm (ppb, ug / L) ve mol (mol / L) birimler, çözelti halindeki hedef iyon konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır. Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonlarını 5. Yöntem Belirli bir Pd oluşan bir karışım içinde, her vagon tekerleği biçimli MSA, 40 mg daldırın (II), Au (III) ve Co (II) iyonu konsantrasyonları; 20 m hacminde, sırasıyla belirli değerleri 2'ye 7 karışımın pH değerini ayarlamak ve 5,2l, ve oda sıcaklığında 2 saat süre ile karıştırma karışımı ile gerçekleştirilmektedir. Katı MSA'lar Filtre ve indüktif eşleşmiş plazma kütle spektroskopisi (ICP-MS) 28-30 tarafından süzüntü analiz. Aşağıdaki denkleme göre 43 Langmuir izotermi hesaplayın: burada, eğer q e dengelenmiş, çözelti halindeki hedef iyonunun miktarı, q m (mg · g-1) (II), Au (III), veya Co (II) 'ye çıkarıldı iyonları Pd miktarı, hedef iyon konsantrasyonu Cı e olan tek katlı bir örtü oluşturan ve K L Langmuir adsorpsiyon denge sabiti. Örneğin, q m veri yüksek adsorpsiyon verimleri (% 97 -98%) ile birlikte sulu bir ortamda metal iyonlarının pratik kaldırılmasını işaret etmektedir. Ayrıca, K L değerleri tam olarak geri dönüşlü metal adsorpsiyon deneyleri gösteren adsorpsiyon / desorpsiyon oranları ile tutarlıdır. </ol> Wagon-tekerlek şeklindeki MŞA'nın in Metal-ligand bağlama Sabitler 6. oluşumu [Au-(L2)] ve [Co-(L3) 2], pH 2, 7 ve 5.2 de kompleksler, beklenebilir [2 Pd-(L1)] stabilite sabitleri (K s log) belirlemek etrafında 5.8, 4.9, 7.9 ve sırasıyla olacak. Aşağıdaki denklem 28-32 uygun stabilite sabitlerini hesaplamak: log K s = ([ML] S / [L] S) × [M] burada [A] serbest Pd (II), Au konsantrasyonu (III), veya Co (ll) çözeltisi içinde iyonları; [L] serbest L konsantrasyonunu (yani, L Pd (II bağlanmayan), Au (III), veya Co (II) iyonları); ve alt indis S Pd (II) 'nin toplam konsantrasyonunu belirtir, Au (III) veya Co (II), bu vagon tekerleği biçimli MSA katı fazda iyonları. Algılama sınırları Pd (II) için MŞA'nın (LOD), Au (III) ve Co (II) iyonları aşağıda belirlemek: LOD = 3σ / Ψ nerede σ ve Ψ standart sapma ve kalibrasyon grafiğinin 40-42 eğimi vardır. 7. Seçici-iyon çıkarma Deneysel Sistemi NOT: Belirli ve güçlü metal-to-ligand aşağıdaki gibi bağlayıcı emin olun: Pd için 2, 7 ve 5.2 ekstre çözeltisinin pH ayarlama (II), Au (III) ve Co (II) iyonları. Pd (II) yoğunluktan daha yüksek kat ≤ 5 metal iyonları müdahale konsantrasyonları Alter, Au (III) ve Co (II), hedef iyonları. Cu (II) iyonlarını reaksiyona aktif sınırlamaya önce hedef iyonlarının eklenmesinden ekstre çözeltisine kompleks oluşturucu madde (örn 0,3-0,5 M sitrat / tartrat) içindeki bir 2 ml ilave edilir. Kentsel Mine Metallerin 8. Gerçek Ekstraksiyon Çözeltide metal iyonlarını almak için güçlü asitler PCI kartını eritin. Katı içine bu iyonlardan çıkarmak Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonlarını içeren çözeltiye MŞA'nın eklemeMSA'lar. Katı MSA'lar Filtre ve ICP-MS ile süzüntü analiz.

Representative Results

Periyodik gyroidal kübik la 3 d monolitik iskeleleri ve vagon tekerlek şeklindeki MSA'lar büyük silindirik açık gözenekli (çapa kadar 10 nm) P123 kopolimer mikroemülsiyon sistemi ile basınç destekli direkt çiftleşmiş kullanılarak imal edilmiştir. MŞA'nın TEM mikrografları gyroidal çift süreklilikteki kübik la 3 d mesostructures büyük etki boyutlarda ve çeşitli yönelim geometriler düzenlenen vagon tekerlek gibi kanalları (Şekil 1) göstermektedir. L1, L2, L3 probları doğrudan monolitik iskeleleri içine physisorbed rağmen (~ iskele gramı başına prob 80 mg), MSA durum deneyleri algılama, yıkama üzerine ligandların dışında potansiyel liç kontrolünü sağladı ve sırasında kimyasal arıtma rejenerasyon / yeniden çevrimi. TEM görüntüleri (Şekil 1) ile kanıtlandığı gibi vagon tekerleği şekli gibi gözenekler, MŞA'nın kübik la 3 d yapıları özellikli.[111] yönde baskın faset boyunca kaydedilen HRTEM mikrograflar kübik iki sürekli bir yüzey morfolojisi 37-39 oluşumunu göstermektedir. Vagon tekerleği şekli gibi gözenekler farklı nano boyutlu bağlantıları ile altı kat simetrik kanalların özellikleri MŞA'nın kübik Ia3d kafes yapıları (Şekil 1, merkezi) 44 idi. Ayrıca, küçük açı XRD (a = d 211 √6) tarafından belirlenen birim hücre parametresi ile TEM mikrograflarında (22.5 nm) tarafından belirlenmesi birim hücre kafes anlaşma kübik Ia3d MSA morfolojisinin oluşumunu gösterir. Her bir vagon tekerleği desen etrafında, bu altı kat yönde çeşitli geometrik şekillerin Gözeneklerin görünümünü kontrol Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonu difüzyonu, adsorpsiyon ve geri kazanım. Şekil 2B, önemli özelliğidir gösterir düzgün şekilli gözenek geometrileri ve kübik dokusal özellikleri <eMSA-1, MSA-2 ve MSA-3 d m> la 3 muhafaza edildi (yüzey alanı (S BET) 560, 520 ve 570 m2 / g; gözenek hacmi (V p) 1.03, 0.98, ve 1,09 cm3 / g ve gözenek boyutu N2 izoterm sonuçlarından görüldüğü gibi, sırasıyla, 8.2, 8.1, ve 8.2 nm, (D / nm)). Kübik Ia 3 d MSA yapısal bütünlüğün bu tutucu MŞA'nın rasyonel tasarımı için kullanıldı Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonları da nanomolar de, hızlı bir tepki süresi ile tespit edilmiştir konsantrasyonları (Şekil 3-5). Bragg yansıma düzlemleri (hkl) (Şekil 2A kanıtladığı gibi potansiyel fonksiyonel aktif siteleri ile organik kısımların büyükçe bir sayı güçlü, vagon tekerleği gözenek H-bağı yoluyla yüzeyler ve kübik la 3 d geometri tutma ile dağıtıcı etkileşimler üzerine demirlemiş ). Uygun olan kararlı organik-inorganik hibrid MŞA'nın oluşumuvagon tekerleği gözenekleri içine L1, L2 ve L3 konaklama metal iyonu algılama / yakalama / kaldırma deneyleri ve tekrar kullanılabilirlik / kurtarma işlemi sırasında ligandların hiçbir liç yol açabilir. Hedef Pd (II), Au için seçicilik ve vagon tekerleği biçimli MŞA'nın duyarlılığı (III) ve Co (II) iyonları, sırasıyla 2, 7 ve 5.2 pH ayarlanarak kontrol edildi. Bu özel pH değerleri, seçici, hassas ve verimli bir izleme ve MSA (Şekil 6A) kullanılarak metal iyonlarının uzaklaştırılması için en uygun olanlardır. Algılama için miktar prosedürü / yakalama Pd (II), Au (III) ve Co (II) renk tepkisi zamanlarda renk yoğunluğunda meydana gelen değişiklikleri tespit dahil MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 iyonlar (Rt) sırasıyla, 2, 3, ve 5 dakika, ve. MŞA'nın hassasiyetlerini değerlendirmek için, insan gözü tarafından algılanabilen edilebilir yansıtma spektrumları renk geçişleri dikkatle metal iyonu konsantrasyonları geniş bir aralık içinde izlenmiştir(0-5,000 ug / L). Sırasıyla MSA-1 renk ve yansıtma yoğunluğu 6B-D gösterisi değişiklikleri, MSA-2 ve λ max 384, 486 at MSA-3 ve 537 nm Şekil. Bu değişiklikler oktahedral oluşumu [Pd-(L1) 2], kare düzlemli [Au-(L2)] ve oktahedral [CO- (L3) 2] kompleksleri (dayanıklılık sırasında metal-ligand bağlanma olgusu göstermektedir Bu komplekslerin sabitleri rekabet iyon kompleksleri daha yüksek olduğu, Şekil 7) .bir yansıma MŞA'nın spektral tepkileri metallerin etkin algılama / tanınmasını göstermektedir. Buna ek olarak, Şekil 6F MSA Pd kaldırma ve izlenmesinde oldukça etkili olduğunu göstermektedir (II), Au (III) ve Co (II) ug / L'den herbiri geniş bir derişimler aralığında kent madenden iyonları ve lib çözeltiler (kadar mg / L olarak) ve hatta 0.19, 0.6 düşük konsantrasyon limitlerinin de ve 0.51 ug / L. Wa iyon algılama / iyon giderme verimleriPd doğru MŞA'nın tekerlekli şeklinde gon (II), Au (III) ve Co (II) yokluğunda ve müdahale iyonları iyonları değerlendirildi (Şekil 7). Renk modelleri ve reflektans spektrumlan görebilir önemli değişiklikler 1 ila 18 iyonların [eklenmesi üzerine, bir çok durumda, belirgindi, yani K (I) 'in, Na (I), Li (I)' in, Ca (II (G1) ), Fe (III), Cu (II); Cd (G2) (II), Pb (ll), Hg (II), Ni (II), Mn (II), Al (III), ve (G3) Bi (III), Zn (II), Dy (III), Er (III), Ho (III), La (III)] Pd (II), Au (III) ve Co bölgesinin (II) seçici çıkarılmasını ve hedefin (T) iyonları etkin izleme teyit iyon sistemleri. Ni (II), Cu (II) ve Fe düşük konsantrasyonlarda (III) iyonları müdahale ama müdahaleler 0,3-0,5 M sitrat / a bastırma maddesi olarak tartrat solüsyonu ile ortadan kaldırıldı; görünür renk desenleri hiçbir önemli farklılıklar (p fl ectance spektrumları uygun iyon algılama / yakalama koşullarında çeşitli katyonlar yüksek konsantrasyonlarda eklenmesi üzerine meydana gelen yenidenH 2, 7 ve 5,2, MŞA'nın 40 mg, 20 ml hacim, 25 ° C) (Şekil 7). Bu bulgular, iyonlar 45,46 rakip yüksek konsantrasyonlarını ihtiva eden gerçek örneklerin geniş bir seçici kimlik ve hedef iyonlarının yakalama göstermektedir. Vagon tekerlek şeklindeki MŞA'nın tekrar kullanılabilirliği hedef iyon algılama / yakalama tahlillerin yansıma spektrumları incelemek ve rejenerasyon / yeniden çevriminin bir fonksiyonu olarak alım verimliliği (E%) belirlenmesi ile değerlendirildi. Geri dönüşüm işlemi Pd (II), Au sıyırma ile gerçekleştirilmiştir (III) ve Co (II) MSA yüzeylerden iyonlar (yani, Dekompleksasyon). Dekompleksasyon Pd işlenmesi suretiyle gerçekleştirildi (II) -, Au (III) -, ve Co (II), sırasıyla 0.1 M HClO4,% 1 0,1 M tiyoüre konsantre HCI, 2M HCI ile -MSAs. Dekompleksasyon tedavi tamamen Pd (II), Au kaldırmak için tekrar tekrar gerçekleştirildi (III) ve Co (II) MSA yüzeylerden iyonları. UV-vis SPECTROSkopyalama ve ICP-MS MSA yüzeyler (Şekil 8) metal özgür olduklarını teyit etmek için kullanıldı. MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 Alım verimleri Cı katı MŞA'nın hedef iyon konsantrasyonu alımlarda,% (Cı A / C 0) olarak hesaplanmıştır ve C 0 ilk hedef iyon konsantrasyonudur. Sonuçlar vagon tekerlek şeklindeki MŞA'nın işlevsellikleri sekiz rejenerasyon / yeniden çevrimleri 46,47 üzerinde muhafaza edildi belirtti. Pd (II) ve Au kazanımı (III) elektronik hurda (yani, PCI kartları) ve Co (ll) 'birkaç aşamada gerçekleştirildiği LIBs den: İlk aşama taşlanmış PCI kartı bileşenlerinin mekanik ayırma oldu. Ikinci aşama PCI kartı çipleri (e-atık kaynağı) SO 2 MH 2, 4, bir karışımı içinde süzülür edildiği bir ön-muamele hidrometalurjik işlem dahilnd adi metaller (Cu, Fe, Ni, Al, Li, Mn, Co, Zn) ya da kısmen çözülmüş plastik ve Pd (II) ve Au (III süspansiyonu çözünmesi için 6 saat süre ile 90 ° C'de 0,2 MH 2 O 2 ) 8 iyonları. (II), Au (III), (Ag I Pd çözünür bir çözelti oluşturmak üzere 3 st için 70 ° C 'de (1: 3), çözünmemiş plastik filtrasyonundan sonra, artık madde, bir kombine HCI asit ve HNO 3 ile filtre edildi ), Fe (III), Sn (IV) ve Al (III) iyonları. Fe (III), Sn (IV) ve Al (III) iyonları 2 M NaOH ile ve filtre 4.5 pH solüsyonu yükselterek hızlandırabilir. AgCI NaCI kullanılarak çökeltilmiş ve (Şekil 9) süzüldü. Buna ek olarak, LIBS atık parçalar Co karışımına yol HNO 3 ile muamele edildi (II), Ni (II), Mn (II), Li (I), Fe (III), Al (III) iyonları. Üçüncü aşamada kontrollü deney koşulları altında gerçekleştirilmiştir kesikli bir dizi deney içeriyordu. Bu deneylerde, çözeltiler süzme saflaştırılmıştır, Pd (II) ve Au (III)iyonları (bakınız Şekil 9) MSA-1 ve MSA-2 kullanarak elektronik çöp çözeltilerinden elde edildi, ve Co (II) MSA-3 (Tablo 1) kullanarak LIB çözeltisinin ana ürün geri kazanılmıştır. Çıkarılmasından sonra süzüntü, ICP-MS ile analiz edilmiştir. Dördüncü aşamada, gerçek bir kent madeni bileşik karışımı [0.119 mg / L Pd (II), 0.35 mg / L, Au (III MSA-1 ve MSA-2 ile Pd (II) ve Au (III) 'yüzdesi yutaklar ), 0.23 mg / L Ag (I), 7.05 mg / L Cu (II), 5.78 mg / L Ni (II), 13.35 mg / L Fe (III), 7.09 mg / L, Al (III)] hesaplandı. MSA-3 Co geri kazanımı tahmin etmek için kullanıldı (II) gerçek LIB kompozit karışımından iyonları [1,75 mg / L Co (II), 420 mg / L Ni (II), 350 mg / L, Mn (II), 370 mg / L Li (I) 'in, 7 mg / L Fe (III), 1 mg / L Al (III)]. Pd alım verimi (II), Au (III) ve Co (II), aşağıdaki gibi hesaplanır MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 ile iyonlar: E% = C / C e = 0 Cı – C E / C <suC Katı MŞA'nın hedef iyon konsantrasyonu alımı ve Cı e ve C 0 dengelendi ve başlangıç ​​Çözeltilerin, hedef iyon konsantrasyonu. Pd ekstre gerçek numunesi, çalışma için Tablo 1 sonuçları sunulmaktadır olan b> 0, (II), Au (III) ve Co (II) MSA ile; Pd yüzdesi yutaklar (II), Au (III) ve Co (II), sırasıyla, yaklaşık% 79,% 68 ve% 66 idi. Sıyırma maddeleri (Şekil 3-5) kullanarak beşinci aşama dahil kurtarma deneyleri Pd serbest bırakmak için (II), Au (III) ve Co (II) vagon tekerlek şeklindeki MSA yüzeylerden iyonlar. Aşağıdaki gibi geri kazanım verimi (R%) hesaplandı: C R soyma maddesi ile çözelti içinde serbest bir hedef, iyon konsantrasyonu R% = C R / C A,. ICP-MS toplanan çözüm analizleri metal iyonlarının olduğu >>% 98 belirtilen BizBasit kimyasal soyma (Tablo 1) ile yeniden yayınladı. Bu sonuç Pd (II), (III), Au, ve Co ultra iz düzeyleri (II) iyonları MŞA'nın kentsel madenden ekstre belirtir. Vagon tekerlek şeklindeki geometri Şekil 1. Araştırılması. MŞA'nın küp la 3 d yapılarında vagon tekerleği deseni HRTEM mikrografiklerini. Merkez: kristal şekli. Vagon tekerlek şeklindeki gözeneklerin mesostructured kristal kafes ve yüzey parametrelerinin Şekil 2. belirlenmesi. XRD desenleri (A) ve N 2 adsorpsiyonu / vagon tekerlek şeklinde, kübik la 3 d MŞA'nın desorpsiyon izotermleri (B). <p class="jove_content"fo: keep-together.within-sayfa = "always"> Pd MSA-1. İmalat (II) ile -MSA-1 ve Co (II) -MSA-3 basınç destekli bir metot Şekil 3. sistematik mühendisliği. Basınç destekli yöntemiyle Co MSA-3. Fabrikasyon (II) -MSA-3 Şekil 4. Sistematik mühendisliği. Yapı taşları protokolü üzerinden Au (III) MSA-2. Fabrikasyon Şekil 5. Sistematik mühendislik -MSA-2. Şekil 6. Kontrollü pH değerine bağımlı Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyon ssistemleri ensing. (A) 'nın pH tepki profilleri vagon tekerleği biçimli hedef Pd (II), Au algılama ve kaldırma deneyleri sırasında MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 (III) ve Co (II) iyonları. Yansıma spektrumları verimliliği sırasıyla λ max pH = 384, 486 fonksiyonu ve 537 nm olarak izlendi. (B – D), sırasıyla MSA-1 reflektansı spektrumları bir fonksiyonu olarak hedef iyon konsantrasyonu, MSA-2 ve MSA-3. (E) Renk 2 ppm ilave Pd MŞA'nın için harita (II), Au (III) ve Co (II). (F) (R – R 0) kalibrasyonu araziler MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 genel [M n +]. Not: R ve R 0, sırasıyla, ve hedef iyonlarının ilavesi olmadan MŞA'nın reflektansını temsil eder. Şekil Pd (II), 7. Çalışma, Au (III) ve Co (II) iyon seçici sistemleri (A – C). Seçicilik vagon tekerleği biçimli MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 Pd (II) (2 mg / L), Au (III) (1 mg / L), ve Co doğru (II) (2 mg / L) iyon algılama ve iyon kaldırma deneyleri. (D) ardışık renk tepkisi ofMSA-1, MSA-2 ve MSA-3, hedefe doğru (boşluk, yani metal içermeyen deneyi) Pd (II), Au (III) ve Co (II) iyonları müdahale eklenmesi üzerine tek ikili iyonları ve iyonları (G1-G3) grupları. Vagon tekerlek şeklindeki MŞA'nın Şekil 8. Tekrar kullanılabilirlik (A) Sekiz rejenerasyon / yeniden döngüsünden sonra hedef iyonlarının vagon tekerlek şeklinde, optik algılama / kaldırma deneyleri değerlendirilmesi (hedef iyon konsantrasyonu:. 2 mg / L; pH ve MSA-1, MSA-2 ve MSA-3 için sinyal tepki süresi değerleri: pH = 2, 7, bird 5,2, Rt = 2, 3 ve 5 dk; t = 25 ° C). (B) rejenerasyon döngüsü numarası vs Alım verimlilik. Pd (II) ve Au Şekil 9. Reel kurtarma (III) elektronik hurda çözümlerinden iyonları. Hidrometalurjik PCI kurullarının tedavi ve Pd (II) ve Au kurtarma (III) elektronik hurda çözümlerinden iyonları. Hedef iyonları Hedef iyon tayini Hedef iyonları (mg / L) Bir arada metal iyonları (mg / L) E% R% </tr> Pd (II) C 0 0.119 Ag (I) 'e: 0,23, Au (III): 0,35, Al (III) 7,09, Ni (II): 5.78, Fe (III): 13.35, Cu (II): 7,05 79 97 C E 0.025 Ag (I) 'in: 0,225, Au (III) 0,351, Al (III) 7,11, Ni (II): 5.77, Fe (III): 13.32, Cu (II): 6,95 C R 0,0913 Ag (I) 'e: 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) 'e: 0,23, Pd (II): 0.119, Al (III) 7,09, Ni (II): 5.78, Fe (III): 13.35, Cu (II): 7,05 68 98 C E 0.11 Ag (I) 'in: 0,231, Pd (II): 0,118, Al (III) 7,00, Ni (II): 5.66, Fe (III): 13.29, Cu (II): 6,92 C R 0.235 Ag (I) 'e: 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) 'e: 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) 'e: 370, Fe (III): 1.91, Al (III) 0,05 C R 1.15 Ni (II): 0.85, Mn (II): 0,00, Li (I) 'e: 0,00, Fe (III): 0.05, Al (III) 0,02 Gerçek numunelerin metal iyonlarının Tablo 1. kantitatif tayini. Pd geri kazanımı için ICP-MS analitik veriler (II), Au (III) ve Co (II), elektronik hurda ve lib Çözeltilerin iyonları.

Discussion

Dünya çapında bir talep doğru ve hızlı bir şekilde seçici olarak, tespit tanır, ve Pd (II), Au (III) kurtarmak için bir araç için artan, ve Co (II), elektronik hurda ve lib çözeltilerden iyonları. Bu sorun, vagon tekerlek şeklinde, optik MSA'lar kimyasal algılama / kaldırma / çıkarma ve bu metal iyonlarının geri kazanımı için geliştirilmiştir karşılamak için.

Iskeleleri transducing (1) reseptörlerini ve (2) immobilizasyon /: MŞA'nın tasarlarken, iki önemli faktör şu şekilde kabul edildi. Reseptörler MŞA'nın seçiciliğinden sorumlu organik ligandlar olan; iskeleleri MŞA'nın istikrar, yeniden kullanım ve hassasiyet sorumludur. Çünkü bunların yüksek oranda homojen olan kanalları, geniş yüzey alanları, gözenek büyüklüğü dağılımı ve genel olarak küp, çift süreklilikteki yüzey morfolojisinin [111] çıkıntı ile ilişkili kontrol vagon tekerleği yapısı (Şekil 1 ve 2), MSA tabanlı vagon arasında tekerlekli la 3 dligand-gömme HOM katı (yani, yıkama sırasında ligandların dışında hiçbir liç), (2) algılama koşulu (1) istikrar aşağıdaki gibidir: mesostructure malzemesi iskeleleri bu algılama / kaldırma / çıkarma ve kurtarma yönteminin potansiyel talepleri kontrolünü sağladı deneyler, ve (3) rejenerasyon / yeniden döngüleri sırasında kimyasal işlem koşulları (yani, sonra sekiz döngü); Yüksek ligand yüzey kaplama ve dağılım; mekanik dayanıklılık; Kentsel madenden ve verimli kurtarma işlenebilirlik.

(Örneğin, L1, L2 ve L3, 3-5 Şekil) stabil ve sağlam bir MSA'lar tasarım, vagon tekerleği iç delik yüzeyi ya da farklı ligand takip eden içerme monofunctionalization imal etmek için basınçla yardımlanan ile elde edilebilir HOM iskeleler halinde ko-yoğunlaştırma; yüksek sıralı melezlerinin MSA-1 ve MSA-3, sırasıyla, L1 ve L3 kullanılarak elde edildi. MSA-2 Kontrollü tasarım ince ayar yüzey desenlendirme o dayalımezoskopik vagon tekerleği iskele mimarileri f. Bu vagon tekerleği gözenekli boşlukların içindeki L2 sinyal merkezlerinin yoğun dekorasyon yol açan bir dağılabilir aktif madde (DDAB) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu MSA tasarımları ile, metal iyonları kovalent olmayan bağlanma (örneğin, hidrojen bağlama), metal koordinasyon hidrofobik kuvvetler van der Waals kuvvetleri, π-π etkileşimleri, elektrostatik ve / veya elektromanyetik alanlardan organik kısımların (Şekiller 3-5 ile etkileşime girebilir ). Algılama deneylerinde, nanotasarlanmış MSA bir hedef Pd (II) ile tetiklenebilir, Au (III), veya Co (ll) iyonu türleri ve sinerjistik pH, reaksiyon sıcaklığı ve temas süresi (yanıt süresi) koşullar altında ölçülebilir bir optik sinyalleri transdüse, bir hidrofobik ya da hidrofilik bir ligand cebine metallerin bağlanmasını sağlayan taklit edilmesi. Gelişmiş MSA'lar sadece çıkarılır Pd (II), Au (III) ve Co (II) kompleksi, çevresel matrislerden iyonları da basit bir görsel için bir araç temin ancakmetal iyonu konsantrasyonunun kolorimetrik tahmini; UV-vis spektroskopi yansıtma hassas konsantrasyonu (Şekiller 3-6), geniş bir aralık üzerinde metal iyonu konsantrasyonu ölçülmüştür. Bu nedenle, bu şekilde gelişmiş MSA'lar araçlar için ihtiyacı ortadan kalkar, metal iyonu konsantrasyonları geniş bir aralık üzerinde değişiklikler ve hedef iyonlarının hassas ölçümü için bir vasıta tespit etmek için basit ve hassas bir kolorimetrik tabanlı bir çözüm sağlar. Hatta ultra iz konsantrasyonları (≤0.19 ug / L), sensörler yansıtma spektrumları bir sinyal değişimi komplekslerin formasyonu (Şekil 1) çıktı.

Toplu algılama / kaldırma / çıkarma sistemlerinde, vagon tekerlek şeklindeki MŞA'nın önemli bir avantajı seçicilik böylelikle rakip iyonlar müdahale engel engelleyen, hedef iyonları doğru olduğunu. 6 selektif çıkarma ve Pd etkin bir izleme teyit Şekil (II), Au (III) ve Co (II) ile iyonlarOptik MSA'lar. Iyonların mevcudiyetinde MŞA'nın reflektansı sinyalleri göz ardı edilebilir bir değişiklik zayıf çelatların sırasıyla 5.2, özellikle pH 2, 7, rekabet eden metal ve L1, L2 ve L3 arasında oluşan ve olduğunu göstermiştir. MŞA'nın seçiciliği son derece kararlı oktahedral oluşumu [Pd-(L1) 2], kare düzlemsel [Oto- (L2)], ve oktahedral [Eş (L3) 2] kompleksi atfedilebilir.

Sonra rejenerasyon / yeniden çevrimi araştırıldı tekrarlanan vagon tekerlek şeklindeki MŞA'nın maliyet-etkinliği, geri dönüşüm ve dayanıklılık yargılamak için. Şekil 8 (MSA algılama / kaldırma / Pd (II), Au çıkarılması için bir yüksek verim sahip olduğunu göstermektedir III) ve Co (II) iyonlarının üzerinde tekrarlanan rejenerasyon / yeniden çevrimi, genel verimlilik altıncı rejenerasyon / yeniden döngüsünden sonra biraz azalmakla birlikte. Kübik Ia 3 d mesostructure stabilitesi içine L1, L2 ve L3 dahil edildiği veyamalar ile vagon tekerlek şeklindeki (güçlü H-bağ ve dağıtıcı etkileşimler tarafından uyarılan) gözenekler (bakınız Şekil 7) birçok rejenerasyon / yeniden çevrimi yoluyla iyon algılama / yakalama sisteminin işlevselliğini sürdürmek önemli rol oynamaktadır.

Pd (II), (III) Au ve Co Kurtarılması (II) Kentsel madenden iyonları, özellikle arazi ve iklim üzerindeki etkisi bakımından, madencilik, bu metaller ile ilgili çevresel hasarı sınırlamak yardımcı olabilir. Gerçek kentsel maden örnekleri kullanılarak, sonuç yine gelecek uygulanabilirliği için sorundur burada tarif edilen MSA seçici atılan LIBs (Tablo 1 ve Şekil 9), ama pratik, ölçeklenebilir sürecinden Pd ve Au e-atık ve Co kurtarabilirsiniz göstermiştir Kentsel madenden metal kazanımı.

Önerilen yönetim protokolünün dayanarak, iki temel bileşenleri, adsorpsiyon kapasitesi artırılmış metal iyonu erişilebilirlik önemli rol oynarlarHeterojen işlemler sırasında ve kurtarma. Pd (II), Au (III), ve Co esnek etkileşimi ile kanıtlandığı gibi İlk olarak, büyük bir yüzey-hacim oranı ve vagon tekerleği kübik Ia 3 d mesostructures (MSA) açık silindirik gözenekleri (yönelim, ligand birleşmesini teşvik (II)) Şekil 3-5 () L1, L2 ve L3 ve bağlama olayları metal-ligand yüksek afiniteyle iyonlar bulunmaktadır. İkinci olarak, seçici adsorpsiyon / algılama / ekstraksiyon işlemleri çoğunlukla kenetleme maddesinin yapısına bağlı deneysel koşullar (özellikle de pH değeri), iyon sistemi bileşim olup, metal iyonu konsantrasyonları ve metal-ligand bağlama olayları. Bu protokol, belirgin kalite ilerleme ve geri kazanma metotlarından etkinliğini göstermektedir, ancak, çevresel diğer atık zorlu uygulanabilirliği de kullanılabilir, böylece daha fazla çaba gereklidir ki bu tür Cu gibi aktif rekabetçi metallerin yüksek dozları ile zenginleştirilmiş (II), Fe (III)d Ni (II) iyonları.

Sonuç olarak, verimli, düşük maliyetli, vagon tekerlek şeklindeki MSA'lar kentsel madenden paladyum, altın ve kobalt metal kurtarmak için geliştirilmiştir. Sonuçlar MSA'lar modern toplumun ihtiyaçlarını karşılamak için altın, paladyum ve kobalt sürdürülebilir tedarik rota sağlanmasında yararlı olacaktır kanıt gösterebilir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Japonya Eğitim, Kültür, Spor, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ve Çevre Bakanlığı, Hükümet tarafından desteklenmiştir.

Materials

Tetramethylorthosilicate (TMOS) Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 681-84-5 Molecular Weight 152.22; Linear Formula Si(OCH3)4; 218472-500G
Poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol), PEG-PPG-PEG, Pluronic® P-123 Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 9003-11-6 average Mn ~5,800
Sodium citrate tribasic dehydrate Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 6132-04-3 Linear Formula HOC(COONa)(CH2COONa)2 · 2H2O; Molecular Weight 294.10; S4641-500G
Pentadecane, C15 Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 629-62-9 Linear Formula CH3(CH2)13CH3; Molecular Weight 212.41
3-(N-Morpholino)propanesulfonic acid (MOPS) Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) CAS Number：1132-61-2, Product Number M0707 Linear Formula C7H15NO4S, M1254-250G, Molecular Weight 209.26
2-(cyclohexylamino) ethane sulfonic acid (CHES) Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) CAS Number：103-47-9, Product Number C0920 Linear Formula C8H17NO3S,  Molecular Weight 207.29
N-cyclohexyl-3-aminopropane sulfonic acid (CAPS) Dojindo Chemicals (Japan) 343-00484, Lot.DE132 Linear Formula C9H19NO3S, M1254-250G, Molecular Weight 221.32
2-Nitroso-1-naphthol (NN) Tokyo Chemical Industry Con, LTD (TCI) Product Number N0267 Linear Formula ONC10H6OH, M1254-250G, Molecular Weight 173.17
Sunset Yellow FCF Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 2783-94-0 Empirical Formula (Hill Notation) C16H10N2Na2O7S2, Molecular Weight 452.37, 465224-25G
Diphenylthiocarbazone Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 60-10-6 Linear Formula C6H5NHNHCSN=NC6H5, Molecular Weight 256.33, 194832-10G
4-hydrazinobenzoic acid Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 619-67-0 Linear Formula H2NNHC6H4CO2H, Molecular Weight 152.15, 246395-25G
Carbon disulfide Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 75-15-0 Empirical Formula (Hill Notation) CS2, Molecular Molecular Weight 76.14, 335266-100ML
Ethanol absolute Sigma–Aldrich Company Ltd. (USA) CAS Number 64-17-5 Linear Formula CH3CH2OH, Molecular Weight 46.07, 24102-1L-R
Small angle powder X-ray diffraction (XRD)  Bruker D8 Advance Small angle powder X-ray diffraction (XRD) patterns were measured by using a 18 kW diffractometer (Bruker D8 Advance) with monochromated CuKα radiation and with scattering reflections recorded for 2θ angles between 0.1o and 6.5o corresponding to d-spacing between 88.2 and 1.35 nm. First, the powder samples were ground and spread on a sample holder. The samples were scanned in the range from 2θ = 0.1–6.5o with step size of 0.02o. To confirm the resolution of the diffraction peaks with standard reproducibility in 2θ (±0.005), the sample measurement was recorded by using both graphite monochromator and Göbel mirror detectors. Both detectors were used to generate focusing beam geometry and parallel primary beam. The sample measurement was repeated three times under rotating at various degrees (15o, 30o and 45o). 
N2 adsorption–desorption isotherms  BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd) N2 adsorption–desorption isotherms were measured using a BELSORP MIN-II analyzer (JP. BEL Co. Ltd) at 77 oK. The pore size distribution was determined from the adsorption isotherms by using nonlocal density functional theory (NLDFT). Specific surface area (SBET) was calculated using multi-point adsorption data from a linear segment of the N2 adsorption isotherms using Brunauer–Emmett–Teller (BET) theory. Before the N2 isothermal analysis, all prepared samples were pre-treated at 100oC for 8 h under vacuum until the pressure was equilibrated to 10−3 Torr.
High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM)  JEOL JEM model 2100F microscope High-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) was performed using a JEOL JEM model 2100F microscope. HRTEM was conducted at an acceleration voltage of 200 kV to obtain a lattice resolution of 0.1 nm. The HRTEM images were recorded using a CCD camera. In the HRTEM characterization, the sample was dispersed in ethanol solution using an ultrasonic cleaner, and then dropped on a copper grid. Prior to inserting the samples in the HRTEM column, the grid was vacuum dried for 20 min. Energy Dispersive X-ray micro-analyzers (EDX) were recorded by employing Horiba EDS-130S, which directly connected with Hitachi FE-SEM S-4300. Elemental mapping of all samples was carried out with the energy dispersive X-ray micro-analyzers with an acceleration voltage of 30 kV. Ten distinct spots were analyzed per sample, which resulted in 99% confidence bounds of ±0.01 in the molar fraction of each cation (with their sum normalized to unity). 
UV-Vis-NIR spectrophotometer Shimadzu 3700 The absorbance spectrum of the nano-collectors material was measured by UV-Vis-NIR spectrophotometer (Shimadzu 3700).
Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) Perkin Elmer Elan-6000 ICP-MS In selective removal, metal ion concentrations were determined by ICP-AES. The instrument was calibrated using four standard solutions containing 0, 0.5, 1.0 and 2.0 mg/L (for each element) and the correlation coefficient of calibration curve was higher than 0.9999.
inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) PerkinElmer Elan-6000 
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chung, S. -. W., Murakami-Suzuki, R., Kojima, M. A Comparative study of e-waste recycling systems in Japan, South Korea and Taiwan from the EPR perspective: Implications for Developing Countries. Promoting 3Rs in developing countries-Lessons from the Japanese experience. , 125-145 (2008).
  2. Li, J., Lu, H., Guo, J., Xu, Z., Zhou, Y. Recycle technology for recovering resources and products from waste printed circuit boards. Environ. Sci. Technol. 41 (6), 1995-2000 (2007).
  3. Ammen, C. W. . Recovery and Refining of Precious Metals. , 99-138 (1984).
  4. Hageluken, C. Recycling the platinum group metals: A European Perspective. Platinum Metals Rev. 56 (1), 29-35 (2012).
  5. Hall, W. J., Williams, P. T. Separation and recovery of materials from scrap printed circuit boards. Resour. Conserv. Recy. 51 (3), 691-709 (2007).
  6. Tuncuk, A., Stazi, V., Akcil, A., Yazici, E. Y., Deveci, H. Aqueous metal recovery techniques from e_scrap: Hydrometallurgy in recycling. Miner. Eng. 25 (1), 28-37 (2012).
  7. Huang, K., Guo, J., Xu, Z. Recycling of waste printed circuit boards: A review of current technologies and treatment status in China. J. Hazard. Mater. 164 (2-3), 399-408 (2009).
  8. Oh, C. J., Lee, S. O., Yang, H. S., Ha, T. J., Kim, M. J. Selective leaching of valuable metals from waste printed circuit boards. J. Air Waste Manage. 53 (7), 897-902 (2003).
  9. Birloaga, I., De Michelis, I., Ferella, F., Buzatu, M., Vegliò, F. Study on the influence of various factors in the hydrometallurgical processing of waste printed circuit boards for copper and gold recovery. Waste Manage. 33 (4), 935-941 (2013).
  10. Park, Y. J., Fray, D. J. Recovery of high purity precious metals from printed circuit boards. J. Hazard. Mater. 164 (2-3), 1152-1158 (2009).
  11. El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M., Awual, M. R. Optical mesosensors for monitoring and removal of ultra-trace concentration of Zn(II) and Cu(II) ions from water. Analyst. 137 (22), 5208-5214 (2012).
  12. El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M., Awual, M. R. Mesoporous aluminosilica sensors for the visual removal and detection of Pd(II) and Cu(II) ions. Microporous Mesoporous Mater. 166, 195-205 (2013).
  13. Khairy, M., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A. Environmental remediation and monitoring of cadmium. TrAC Trends Anal. Chem. 62, 56-68 (2014).
  14. Elci, L., Soylak, M., Buyuksekerci, E. B. Separation of gold, palladium and platinum from metallurgical samples using an amberlite XAD-7 resin column prior to their atomic absorption spectrometric determination. Anal. Sci. 19 (12), 1621-1624 (2003).
  15. Medved, J., Bujdos, M., Matus, P., Kubova, J. Determination of trace amounts of gold in acid-attacked environmental samples by atomic absorption spectrometry with electrothermal atomization after preconcentration. Anal. Bioanal. Chem. 379 (1), 60-65 (2004).
  16. Liu, P., Pu, Q., Su, Z. Synthesis of silica gel immobilized thiourea and its application to the on-line preconcentration and separation of silver, gold and palladium. Analyst. 125 (1), 147-150 (2000).
  17. El-Safty, S. A. Functionalized hexagonal mesoporous silica monoliths with hydrophobic azo- chromophore for enhanced Co(II) ion monitoring. Adsorption. 15 (3), 227-239 (2009).
  18. Zhao, J. M., Shen, X. Y., Deng, F. L., Wang, F. C., Wu, Y., Liu, H. Z. Synergistic extraction and separation of valuable metals from waste cathodic material of lithium ion batteries using Cyanex272 and PC-88A. Sep. Purf. Technol. 78 (3), 345-351 (2011).
  19. Swain, B., Jeong, J., Lee, J. C., Lee, G. H., Sohn, J. S. Hydrometallurgical process for recovery of cobalt from waste cathodic active material generated during manufacturing of lithium ion batteries. J. Power Sources. 167 (2), 536-544 (2007).
  20. El-Safty, S. A., Awual, M. R., Shenashen, M. A., Shahat, A. Simultaneous optical detection and extraction of cobalt(II) from lithium ion batteries using nanocollector monoliths. Sens. Actut. B Chem. 176, 1015-1025 (2013).
  21. Barefoot, R. R., Van Loon, J. C. Recent advances in the determination of the platinum group elements and gold. Talanta. 49 (1), 1-14 (1999).
  22. Gureva, R. F., Savvin, S. B. Spectrophotometric methods for determining noble metals. J. Anal. Chem. 57 (11), 980-996 (2002).
  23. Zhang, S., Pu, Q., Liu, P., Sun, Q., Su, Z. Synthesis of amidinothioureido-silica gel and its application to flame atomic absorption spectrometric determination of silver, gold and palladium with on-line preconcentration and separation. Anal. Chim. Acta. 452 (2), 223-230 (2002).
  24. Hinds, M. Determination of gold, palladium and platinum in high purity silver by different solid sampling graphite furnace atomic absorption spectrometry methods. Spectrochim. Acta B. 48 (3), 435-445 (1993).
  25. Elshehy, E. A., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Khairy, M. Design and evaluation of optical mesocaptor for the detection/recovery of Au(III) from an urban mine. Sens. Actuat. B Chem. 203, 363-374 (2014).
  26. Safavi, A., Shams, E. Highly sensitive and selective measurements of cobalt by catalytic adsorptive cathodic stripping voltammetry. Talanta. 51 (6), 1117-1123 (2000).
  27. Singh, A. K., Mehtab, S., Saxena, P. A novel potentiometric membrane sensor for determination of Co2+based on 5-amino-3-methylisothiazole. Sens. Actut. B-Chem. 120 (2), 455-461 (2007).
  28. Shenashen, M. A., Elshehy, E. A., El-Safty, S. A., Khairy, M. Visual monitoring and removal of divalent copper, cadmium, and mercury ions from water by using mesoporous cubic Ia3d aluminosilica sensors. Sep. Purif. Technol. 116, 73-86 (2013).
  29. Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A. Architecture of optical sensor for recognition of multiple toxic metal ions from water. J. Hazard. Mater. 260, 833-843 (2013).
  30. Khairy, M., El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Elshehy, E. A. Hierarchical inorganic-organic multi-shell nanospheres for intervention and treatment of lead-contaminated blood. Nanoscale. 5 (17), 7920-7927 (2013).
  31. El-Safty, S. A., Khairy, M., Ismael, M. Visual detection and revisable supermicrostructure sensor systems of Cu(II) analytes. Sens. Actut. B-Chem. 166-167, 253-263 (2012).
  32. Rampazzo, E., Brasola, E., Marcuz, S., Mancin, F., Tecilla, P., Tonellato, U. Surface modification of silica nanoparticles: a new strategy for the realization of self-organized fluorescence chemosensors. J. Mater. Chem. 15 (27-28), 2687-2696 (2005).
  33. Han, W. S., Lee, H. Y., Jung, S. H., Lee, S. J., Jung, J. H. Silica-based chromogenic and fluorogenic hybrid chemosensor materials. Chem. Soc. Rev. 38 (7), 1904-1915 (2009).
  34. Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A., Khairy, M. Hexagonal-prism-shaped optical sensor/captor for the optical recognition and sequestration of PdII ions from urban mines. Eur. J. Inorg. Chem. 2015, 179-191 (2015).
  35. Ros-Lis, J. V., Casasus, R., Comes, M., Coll, C., Marcos, M. D., Martinez-Manez, R., Sancenon, F., Soto, J., Amoros, P., El Haskouri, J., Garro, N., Rurack, K. A mesoporous 3D hybrid material with dual functionality for Hg2+ detection and adsorption. Chem. Eur. J. 14, 8267-8278 (2008).
  36. Jung, J. H., Lee, J. H., Shinkai, S. Functionalized magnetic nanoparticles as chemosensors and adsorbents for toxic metal ions in environmental and biological fields. Chrm. Soc. Rev. 40 (9), 4464-4474 (2011).
  37. El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Microemulsion liquid crystal templates for highly ordered three-dimensional mesoporous silica monoliths with controllable mesopore structures. Chem. Mater. 16 (9), 384-400 (2004).
  38. El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Fabrication of crystalline, highly ordered three-dimensional silica monoliths (HOM-n) with large, morphological mesopore structures. Adv. Mater. 15 (22), 1893-1899 (2003).
  39. El-Safty, S. A., Hanaoka, T. Monolithic nanostructured silicate family templated by lyotropic liquid-crystalline nonionic surfactant mesophases. Chem. Mater. 15 (22), 2892-2902 (2003).
  40. Balaji, T., El-Safty, S. A., Hanaoka, T., Matsunaga, H., Mizukami, F. Optical sensors-based nanostructured cage materials for detection of toxic metal ions. Angew. Chem. Int. Ed. 45 (43), 7202-7208 (2006).
  41. Huang, J., Gao, X., Jia, J., Kim, J. -. K., Li, Z. Graphene oxide-based amplified fluorescent biosensor for Hg2+ detection through hybridization chain reactions. Anal. Chem. 86 (6), 3209-3215 (2014).
  42. El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismael, M., Khairy, M. Mesocylindrical aluminosilica monolith biocaptors for size-selective macromolecule cargos. Adv. Funct. Mater. 22 (14), 3013-3021 (2012).
  43. Kreno, L. E., Leong, K., Farha, O. K., Allendorf, M., Van Duyne, R. P., Hupp, J. T. Metal Organic Framework Materials as Chemical Sensors. Chem. Rev. 112 (3), 1105-1125 (2012).
  44. El-Safty, S. A., Hanaoka, T., Mizukami, F. Large scale design of cubic la3d mesoporous silica monoliths with high order, controlled pores, and hydrothermal stability. Adv. Mater. 17 (1), 47-53 (2005).
  45. El-Safty, S. A., Shenashen, M. A. Mercury-ion optical sensors. Trends Anal. Chem. 38 (1), 98-115 (2012).
  46. El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Ismail, A. A. A multi-pH-dependent, single optical mesosensor/captor design for toxic metals. Chem. Commun. 48 (77), 9652-9654 (2012).
  47. Shenashen, M. A., El-Safty, S. A., Elshehy, E. A. Monolithic scaffolds for highly selective ion sensing/removal of Co(II), Cu(II), and Cd(II) ions in water. Analyst. 139 (24), 6393-6405 (2014).

Tags

PalladiumGoldCobaltUrban MineMetal RecoveryNanoscale Porous AdsorbentsOptical MesosensorsChelating AgentsSelective AdsorptionIndustrial WasteRecycling

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
El-Safty, S. A., Shenashen, M. A., Sakai, M., Elshehy, E., Halada, K. Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores. J. Vis. Exp. (106), e53044, doi:10.3791/53044 (2015).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image