利用深共晶溶剂通过耦合浸出和溶剂萃取法从废弃的重整催化剂中回收铂

《Inorganic Chemistry Communications》：Recovery of platinum from spent reforming catalysts by coupled leaching and solvent extraction using deep eutectic solvents

铂回收工艺优化及选择性浸出研究，采用胆碱盐-乙二醇深共晶溶剂替代传统盐酸浸出，通过参数优化（1:1胆碱盐与乙二醇摩尔比、25%水含量、90℃反应）实现铂溶解率92.3%，再经三辛胺萃取（10%体积比，25℃）达99.93%回收率。相比常规酸浸，本工艺显著降低铁铝杂质溶出（铁含量降低200倍，铝降低3倍），减少废水排放和酸性气体产生，为可持续冶金提供新路径。

　　铂族金属（PGMs）的回收是一个经济和环境双重重要的课题。随着对这些金属需求的增加以及其天然储量的有限性，寻找更加环保且高效的回收方法变得尤为迫切。传统的酸浸出法虽然在金属回收方面表现出色，但其高能耗、高污染和对环境的潜在危害限制了其广泛应用。因此，研究者们不断探索新的替代方案，以实现更可持续的金属回收工艺。本文介绍了一种基于氯化胆碱-乙二醇深共熔溶剂（DES）系统的铂回收方法，并结合溶剂萃取技术，为实现高效、环保的铂族金属回收提供了一种新思路。

在经济层面，铂族金属因其独特的物理和化学性质，广泛应用于催化、化工、汽车尾气净化、燃料电池等多个领域。这些金属的高商业价值使其成为资源回收的重要目标。然而，随着天然铂族金属资源的逐渐枯竭，从二次资源中回收这些金属的需求日益增长。特别是在石油工业中，催化剂在使用过程中会逐渐失效，其中铂的回收成为关键环节。因此，开发一种经济可行、环境友好的铂回收方法具有重要的现实意义。

在环境层面，传统的酸浸出法，尤其是使用盐酸（HCl）作为浸出剂，会产生大量有害气体和废水，对环境造成严重影响。此外，这些方法通常需要大量的水和能源，增加了其对环境的负担。相比之下，深共熔溶剂（DES）作为一种新型的绿色溶剂，具有低毒性、易制备、可再生等优点，能够显著降低回收过程中的环境影响。本文提出了一种基于氯化胆碱和乙二醇的DES系统，用于从废催化剂中浸出铂，并结合三辛胺（TOA）进行溶剂萃取，以实现铂的高效回收和纯化。

该研究采用了两种分数因子设计（FFD）方法，对浸出和溶剂萃取过程中的关键参数进行了筛选和分析。研究发现，氯化胆碱与乙二醇的摩尔比对铂的溶解效率具有显著影响。通过优化实验条件，研究团队成功实现了超过92%的铂溶解率。具体而言，在10%的固体含量、1:1的氯化胆碱与乙二醇摩尔比、25%的水含量、90°C的温度以及10%的硝酸浓度下，铂的回收率达到最佳效果。随后，通过溶剂萃取技术，使用三辛胺在煤油中进行萃取，实现了高达99.93%的铂回收率。该萃取过程在10%的三辛胺体积浓度、1:1的氯化胆碱与乙二醇摩尔比、25°C的温度和5分钟的接触时间下达到最优效果。

该方法的一个重要优势在于其内在的选择性。与传统的盐酸浸出相比，DES浸出过程能够显著减少铁和铝等主要基质元素的共溶，从而提高铂的纯度。这种选择性不仅有助于提高回收效率，还能减少后续处理步骤的复杂性和成本。此外，该方法的低能耗和低污染特性使其成为传统冶金工艺的有力替代方案，为实现更可持续的金属回收提供了新的可能性。

在研究过程中，实验团队还探讨了水含量对溶解效率和选择性的影响。适量的水可以调节DES的物理化学性质，如粘度、极性和金属配合物的溶解度，从而优化浸出和萃取过程。然而，过量的水可能会破坏DES的共熔网络，影响其性能。因此，研究团队通过精确控制水的添加量，确保了DES系统的稳定性和有效性。此外，实验还验证了氧化剂（如硝酸）在铂溶解过程中的关键作用。由于铂具有较高的还原电位，其溶解需要氧化剂的存在，以克服热力学障碍并促进溶解反应的进行。

为了进一步提升铂的回收率和纯度，研究团队还对溶剂萃取过程进行了优化。在溶剂萃取阶段，三辛胺作为一种有效的萃取剂，能够选择性地将铂从浸出液中提取出来。通过调整有机相与水相的比例以及萃取剂的浓度，实验团队成功实现了铂的高效回收。此外，该研究还强调了溶剂萃取过程中时间因素的重要性。较短的接触时间（如5分钟）能够在不影响回收率的前提下，减少能耗和操作时间。

值得注意的是，虽然DES在金属回收方面表现出色，但其高粘度特性可能会对传质过程造成一定限制。为了解决这一问题，研究团队在实验设计中考虑了水的适量添加，以改善DES的流动性，同时保持其独特的物理化学特性。这种平衡使得DES系统在实际应用中更加高效和实用。此外，研究还指出，DES的可调性使其能够适应不同的金属回收需求，从而拓展了其在冶金领域的应用范围。

该研究的创新之处在于系统地开发了一种结合浸出和溶剂萃取的联合工艺。通过使用氯化胆碱-乙二醇DES系统进行浸出，再结合三辛胺进行溶剂萃取，实验团队不仅提高了铂的回收率，还显著降低了水的使用量和环境污染。这种方法为从废催化剂中回收铂提供了一条全新的路径，同时也为其他贵金属的回收提供了借鉴。此外，该研究还强调了DES在金属回收中的环保优势，特别是在减少有害物质排放和降低能源消耗方面。

氯化胆碱是一种常见的有机化合物，广泛应用于食品工业、医药行业和农业等领域。其作为DES的组成成分，不仅具有良好的热稳定性和化学稳定性，还能与乙二醇等氢键供体（HBD）形成稳定的共熔体系。这种共熔体系在浸出过程中能够有效溶解铂，并在溶剂萃取阶段实现选择性分离。实验团队通过调整氯化胆碱与乙二醇的摩尔比，发现该比例对铂的溶解和萃取效果具有决定性影响。在优化的条件下，该比例能够最大化铂的溶解效率，同时最小化其他金属的共溶。

在实际应用中，该方法的可行性得到了验证。通过使用工业级的氯化胆碱，实验团队降低了成本，提高了工艺的经济性。此外，该方法的低能耗和低污染特性使其在大规模工业应用中更具优势。与传统的盐酸浸出相比，该方法不仅减少了有害气体的排放，还降低了对环境的破坏。因此，该方法为实现更加环保的金属回收提供了一种切实可行的解决方案。

该研究还探讨了DES在其他金属回收中的应用潜力。例如，氯化胆碱-乙二醇DES系统已被成功应用于从电子废物中回收金、铜和镍，以及从废旧锂离子电池中回收钴和锂。这些研究结果表明，DES系统在金属回收领域具有广泛的应用前景。通过调整DES的组成和比例，可以实现对不同金属的高效回收，同时减少对环境的影响。

此外，该研究还指出，尽管DES系统在金属回收方面表现出色，但其全面的环境效益仍需通过生命周期评估（LCA）进行验证。LCA能够全面评估整个回收过程的环境影响，包括资源消耗、废物排放和碳足迹等。因此，未来的研究应进一步开展LCA分析，以确保该方法的环境友好性，并为政策制定者和工业界提供更全面的参考依据。

综上所述，本文提出了一种基于氯化胆碱-乙二醇深共熔溶剂系统的铂回收方法，并结合三辛胺进行溶剂萃取，实现了铂的高效回收和纯化。该方法不仅在经济上具有可行性，还在环境上展现出显著的优势。通过优化实验参数，研究团队成功克服了传统方法的诸多限制，为实现更可持续的金属回收提供了一条新的路径。未来的研究可以进一步拓展该方法的应用范围，并通过更全面的环境评估，确保其在实际工业中的推广和应用。