基于绿色HKUST-1/NiSe纳米复合材料的固定床玻璃管对水样中铅(II)和镉(II)离子的零废物去除研究

本研究针对废旧锂电池资源回收中镍钴分离难题，创新性地采用亚氨基二乙酸型螯合树脂(MC-700)结合柠檬酸-氯化铵复合配位体系，在碱性条件(pH≥10)下实现了Ni(氨配位)与Co(柠檬酸配位)的高效分离。通过优化配体浓度(柠檬酸0.014 mol/L，NH4Cl 0.14 mol/L)使Ni渗透率降至2.3%，突破传统树脂对Ni/Co相似吸附特性的限制，为LIBs回收提供低成本、可重复的分离方案。

　　

随着碳中和目标的推进，电动汽车锂离子电池(LIBs)需求激增，随之产生的废旧锂电池(Spent-LIBs)处理成为重大挑战。这些"黑色沙子"含有高达3wt%的镍钴等战略金属，但现有溶剂萃取法存在成本高、步骤复杂等问题。尤其镍钴因化学性质相似，传统螯合树脂难以分离，成为资源回收的"卡脖子"环节。日本爱媛大学团队在《Separation and Purification Technology》发表研究，通过配位化学调控破解了这一难题。

研究采用柱吸附实验结合UV-Vis光谱分析等关键技术，以实际LIBs浸出液为参照，建立含3wt% NaCl的模拟废水体系(100ppm Ni/Co)。通过调控柠檬酸(Cit)与NH₄Cl配比(Ligand/M=80)及pH值，结合12种螯合树脂筛选，系统评估了金属离子渗透率与配位结构的关系。

3.1 螯合树脂类型影响

对比12种树脂发现，亚氨基二乙酸型(MC-700/760/770)和聚胺型(MC-850)在pH10时对Ni/Co选择性差异最大，其中MC-700的Ni吸附率达94.3%，而Co渗透率保持94.4%。

3.2 溶液条件优化

UV-Vis光谱揭示关键机制：在pH≥10时，Ni从柠檬酸配位转为氨配位结构(吸收峰蓝移至618nm)，而Co保持柠檬酸配位(λ_max=512nm)。当Cit/NH₄Cl浓度比从80:80调整为8:80时，Ni渗透率进一步降至2.3%，突破点达230倍柱体积。

3.3 配体浓度效应

降低柠檬酸浓度可减少Ni-Cit竞争配位，使氨配位占比提升。最佳条件(Cit 0.014M, NH₄Cl 0.14M)下，Ni吸附量达树脂容量(2.2eq/L)的90%。

3.4 脱附与再生

采用5% HCl可高效洗脱(84% Ni, 70% Co)，最大浓度达16130ppm(Ni)。经5次循环后树脂性能无衰减，证实方法的可持续性。

该研究通过配位化学创新，首次实现碱性条件下Ni/Co的"配位开关"分离。相较于传统工艺，该方法具有三大优势：(1)操作简单，仅需调节pH和配体比例；(2)成本低廉，使用可再生树脂和常规化学品；(3)环境友好，避免有机溶剂污染。这不仅为LIBs回收提供了新范式，其配位调控策略还可拓展至其他相似金属(如Cu/Zn)的分离，对实现循环经济具有重要价值。未来研究将聚焦于实际浸出液的多金属同步分离工艺开发。