基于柠檬酸-氯化铵复合配体的螯合树脂分离技术实现废旧锂电池中镍钴高效回收

为解决废旧锂电池资源回收中镍钴分离难题，日本爱媛大学团队创新性地采用柠檬酸(Cit)与氯化铵(NH4Cl)复合配体体系，在pH≥10条件下通过亚氨基二乙酸型螯合树脂(MC-700)实现镍钴高效分离。研究发现镍在碱性条件下转化为氨配位复合物被树脂吸附，而钴保持柠檬酸复合物形态穿透分离柱，优化配体浓度后镍渗透率降至2.3%，钴保持94.7%穿透率，5% HCl可有效解吸金属离子。该技术为锂电池回收提供了低成本、可循环的分离方案。

　　

随着电动汽车产业爆发式增长，锂离子电池(LIB)的退役潮即将到来。这些"城市矿山"富含镍(Ni)、钴(Co)等战略金属，但传统回收工艺面临巨大挑战——火法冶炼能耗高，湿法工艺中镍钴化学性质相似导致分离困难。更棘手的是，现有溶剂萃取法需要多级萃取-反萃，而普通螯合树脂对镍钴的吸附选择性几乎相同。面对碳中和大背景下的资源循环需求，日本爱媛大学的Hiromichi Aono团队在《Separation and Purification Technology》发表突破性研究，开发出基于复合配体调控的绿色分离新策略。

研究团队采用模型溶液模拟实际锂电池酸浸液，通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、柱层析等技术系统评估了12种螯合树脂。关键创新在于使用柠檬酸(C₆H₈O₇)与氯化铵(NH₄Cl)双配体体系，在pH≥10条件下实现镍钴差异化配位。实际测试采用含3% NaCl的100 ppm镍钴溶液模拟工业环境。

3.1 树脂筛选

比较12种树脂发现，亚氨基二乙酸型(MC-700/760/770)和聚胺型(MC-850)表现最佳。MC-700对镍的吸附选择性源于其亚氨基二乙酸基团与氨配位镍的强结合力。

3.2 溶液条件优化

当Cit/NH₄Cl摩尔比为1:10（Cit 0.014 mol/L，NH₄Cl 0.14 mol/L）时取得最佳分离效果。UV-Vis证实pH>9时镍的λ_max从631 nm蓝移至618 nm，显示[Ni(NH₃)_n]²⁺形成；而钴在510 nm处的吸收峰保持稳定，维持[Co(Cit)]^-结构。

3.3 pH调控机制

在pH 4-8区间，镍钴均以柠檬酸复合物存在；当pH>9时，镍逐步转化为氨配位复合物，而钴因柠檬酸复合物稳定常数更高(K_稳=10¹²)抵抗配体置换。这种配位化学差异是分离的核心机制。

3.4 工程化验证

柱实验显示处理230倍树脂体积时仍保持镍吸附率>97%，突破点达23L。5% HCl解吸获得16,130 ppm镍浓缩液，树脂经5次循环性能无衰减。该工艺相比传统溶剂萃取法节省60%酸碱用量。

这项研究开创性地利用配体竞争配位策略破解了镍钴分离难题。通过精准调控Cit/NH₄Cl比例和pH值，使两种金属形成差异化复合物，再借助螯合树脂的选择性吸附实现分离。技术优势在于：①避免使用有毒有机溶剂；②操作pH窗口宽(pH 9-11)；③解吸条件温和(0.6M HCl)。未来可拓展至其他过渡金属分离体系，为电子废弃物资源化提供新范式。