電解稀有金屬是獲取鋅的常用方法，其中有幾個(gè)階段，包括溶劑萃取，在提取鋅和選擇的賤金屬和堿金屬陽離子的階段會(huì)使用有機(jī)磷基萃取劑。有機(jī)磷基萃取劑的存在降低了金屬雜質(zhì)，也包括鋅的濃度。因此需要活性炭來去除，活性炭被認(rèn)為由于其高度疏水的表面而對有機(jī)化學(xué)品具有強(qiáng)吸附親和力。就孔結(jié)構(gòu)而言，活性炭擁有大量微孔，約為目標(biāo)吸附物動(dòng)力學(xué)直徑的1.5倍。為了確定硫酸溶劑組分中有機(jī)組分的有效去除方法，有必要確定不會(huì)影響鋅電解提取效率的有機(jī)化合物的上限。因此，本研究有三個(gè)主要目標(biāo)：(1)比較三種活性炭作為吸附劑的性能，(2)研究吸附溫度和接觸時(shí)間的影響，(3)確定用有機(jī)組分回收鋅的效率。

　　活性炭作為吸附劑

　　將萃取劑以各種比例加入到電解質(zhì)中，在硫酸中為0.00%-5.00%作為電解質(zhì)。使用我們的活性炭，木質(zhì)活性炭，煤質(zhì)活性炭，椰殼活性炭分別進(jìn)行了測試。在吸附之前，將活性炭在110℃下干燥并儲(chǔ)存在干燥器中。對于吸附實(shí)驗(yàn)方法我們比較了連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器和填充床反應(yīng)器吸附這兩次方法。對于連續(xù)攪拌釜方法，將100mL 3MH2 SO4溶劑加入到活性炭中并以300rpm攪拌1小時(shí)。過濾后，我們分析了有機(jī)成分。對于填充床反應(yīng)器方法，將0.5-1.5g活性炭裝入反應(yīng)器中，并使用液體泵進(jìn)料溶劑。在具有活性炭的3MH2 SO4溶液中進(jìn)行鋅電解提取實(shí)驗(yàn)。電池由鋁陽極和鉑陰極組成。陽極-陰極距離為3cm，如圖1a所示。

　　圖1：電解沉積測試電池設(shè)置和電極特性。

　　活性炭的表征

　　活性炭的孔隙及其表面積，木質(zhì)活性炭具有高揮發(fā)性和灰分含量以及低水分含量。根據(jù)最終分析，椰殼活性炭的碳含量高于煤質(zhì)和木質(zhì)活性炭。此外，氧含量按以下順序降低：木質(zhì)>椰殼>煤質(zhì)。所有三種活性炭硫含量為零，降低了酸性物質(zhì)形成的可能性。圖2顯示了在該研究中分析的所有三種活性炭獲得的氮的吸附/解吸等溫線。

　　圖2：活性炭的物理性質(zhì)。(a)氮的吸附/解吸等溫線和(b)活性炭的孔徑分布。

　　活性炭的吸附去除效率

　　為了評估活性炭在有機(jī)萃取劑存在下對吸附容量的影響，我們進(jìn)行了吸附測試。三種活性炭吸附容量分別為99%，98%和93%，木質(zhì)活性炭對吸附質(zhì)的吸附能力較大，包括較高的BET表面積和總孔體積。然后比較了物理和化學(xué)活性炭對吸附能力的影響，它們表現(xiàn)出大量的微孔，其寬度比目標(biāo)活性炭的動(dòng)力學(xué)直徑大約1.3至1.8倍，能去除有機(jī)物。因此，木質(zhì)活性炭的大表面積和中孔體積表明它們具有高的去除效率。

　　除了孔隙特征，活性炭的吸附行能受到氧氣的影響，從而影響到表面疏水性影響。碳材料的表面疏水性在界面和膠體科學(xué)中起著重要作用。碳的氧含量的增加導(dǎo)致其疏水性降低。因此，當(dāng)碳質(zhì)吸附劑的氧含量增加時(shí)，活性炭對有機(jī)萃取劑的吸附減少。在活性炭中，木質(zhì)活性炭顯示出較高的吸附質(zhì)去除效率(圖3A)。因此，我們比較了不同重量的木質(zhì)活性炭(0.1g至5.0g)的去除效率。如(圖3B)所示，去除效率取決于活性炭的比例，去除效率隨吸附質(zhì)組分的減少而增加。應(yīng)注意，去除效率結(jié)果顯示出非常好的相關(guān)性。使用正己烷方法，活性炭應(yīng)在斷裂點(diǎn)發(fā)生之前使用至少60%的吸附劑去除99%的有機(jī)萃取劑。

　　圖3：(A)作為平衡濃度的吸附量取決于不同類型的活性炭，(B)活性炭的含量對去除效率的影響。

　　鋅電解測試

　　吸附試驗(yàn)揭示了在預(yù)處理過程中有效回收高純度鋅所必需的因素。因此，如果在預(yù)處理過程中沒有除去有機(jī)萃取劑，則考慮鋅回收過程的影響。因此，使用有機(jī)萃取劑濃度范圍為0.0-5.0%進(jìn)行鋅回收實(shí)驗(yàn)。

　　如圖4所示，在吸附物濃度為0.00-0.50%存在下的鋅回收效率至少恢復(fù)99.9%。在超過0.50%的吸附物存在下，鋅回收效率趨于迅速降低。一個(gè)電極的表面由具有不同吸附內(nèi)容物的電解質(zhì)中回收，在沒有吸附物的情況下，電極表面顯示出均勻的沉積。然而，對于0.1-2%的吸附物，電極表面看起來非常不均勻地生長。向電解質(zhì)中添加有機(jī)物改變了金屬沉積物的特征。從顯微鏡分析中，向電解質(zhì)中添加有機(jī)物導(dǎo)致在沉積表面上形成孔。因此，吸附物的存在降低了鋅的回收效率并導(dǎo)致不均勻的沉積。因此，去除吸附物必須小于0.1%。

　　圖4：鋅電解提取后鋅回收率和圖像的能量效率。

　　在三種不同類型的活性炭中，木質(zhì)活性炭顯示出較高的吸附物吸附能力，并且由于其表面積和孔徑，被認(rèn)為更適合吸附物吸附。如使用木質(zhì)活性炭的量占吸附物的至少60%，則去除率超過99%。而且，吸附容量在20-50℃的溫度范圍內(nèi)沒有顯著差異。Zn回收效率傾向于顯示與吸附物的量成反比關(guān)系。建議吸附物降到0.1%才可進(jìn)行鋅電解提取。

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