Учёные из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН разработали инновационную схему разделения ценных элементов из раствора выщелачивания активных материалов литий-ионных аккумуляторов с использованием нового поколения экстрагентов. Разработанный селективный экстрагент – глубокий эвтектический растворитель на основе триизобутилфосфинсульфида и тимола, позволяет эффективно выделять медь и железо из отработанных аккумуляторов. Предлагаемый метод перспективен для создания безотходных технологий переработки вторичного сырья. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS SustainableChemistry& Engineeringи размещены на обложке (https://pubs.acs.org/toc/ascecg/13/41).
Вопрос переработки отработавших литий-железо-фосфатных аккумуляторов действительно стоит остро, поскольку они являются одними из самых распространенных типов аккумуляторов и их количество быстро растет. Утилизация электронного мусора (включая аккумуляторы) является серьезной глобальной проблемой из-за его быстрого роста и низкого уровня переработки, что создает экологические риски и требует развития технологий для извлечения ценных металлов из отходов.
Для того, чтобы замкнуть производственный цикл источников тока, необходимо научиться извлекать ценные элементы (литий, медь, алюминий) и возвращать их в производство. Решение этой задачи можно реализовать с использованием экстракционных технологий на основе глубоких эвтектических растворителей. Эти уникальные системы, которые часто называют «новым поколением» экстрагентов, сочетают высокую эффективность и селективность с доступностью и экологической безопасностью, открывая путь к созданию безотходных технологий будущего.
Химики из ИОНХ РАН предложили новые гидрофобные глубокие эвтектические растворители на основе доступных промышленных реагентов. Исследователи провели детальную характеристику полученных растворителей, изучив их физико-химические и экстракционные свойства. На основе полученные результатов была разработана и реализована новая эффективная схема разделения металлов из реальных растворов выщелачивания отработанных литий-ионных аккумуляторов с использованием предложенных экстракционных систем. Результаты работы прокомментировала научный сотрудник Лаборатории теоретических основ химической технологии, кандидат химических наук Инна Зиновьева: «Наша научная группа одной из первых в мире стала изучать на реальных объектах возможности применения глубоких эвтектических растворителей для решения задачи выделения ценных элементов из раствора выщелачивания аккумуляторов. Это является важным шагом к созданию новых технологий переработки вторичных ресурсов. Ключевым достижением нашей работы является создание селективного экстрагента. Мы установили, что разработанный нами глубокий эвтектический растворитель на основе триизобутилфосфинсульфида и тимола позволяет эффективно и избирательно выделять медь и железо из солянокислого раствора. Коэффициенты разделения достигают высоких значения, что позволяет нам селективно выделить каждый металл из водного раствора с возможностью дальнейшего получения чистых товарных продуктов (чистотой >99%). Не менее важно то, что предложенный нами растворитель технологически пригоден – его вязкость составляет менее 30 мПа·с, что делает его пригодным для работы на серийном экстракционном оборудовании».
На основе проведенных исследований ученые предложили экономичную схему выделения ионов металлов из солянокислого раствора выщелачивания активных материалов литий-железо-фосфатных аккумуляторов с использованием предложенного глубокого эвтектического растворителя. Предложенный селективный экстрагент состоит из доступных промышленных реагентов, легко регенерируется, химически стабилен и технологически пригоден.
По словам авторов, предлагаемый метод перспективен для создания устойчивых технологий переработки вторичного сырья и извлечения стратегически важного лития с использованием альтернативных экстрагентов.
Схема. Замена токсичного растворителя на глубокий эвтектический растворитель для извлечения ценных металлов из аккумуляторов при переработке отходов
В дальнейшем авторы планируют провести масштабирование разработанной схемы разделения металлов. Планы включают проведение экспериментов на серийном экстракционном оборудовании и оптимизацию всех стадий процесса.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда в рамках гранта № 23-79-10275.
Источник: Inna V. Zinov’eva, Tatiana Yu. Chikineva, Yulia A. Zakhodyaeva, Andrey A. Voshkin. New Deep Eutectic Solvents Based on Triisobutylphosphine Sulfide: Physicochemical Properties and Application in the Extraction of Metal Ions. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2025. V. 13. № 41. P. 17345–17358.
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acssuschemeng.5c06540