近日化学工程学院朱兆友教授/李国选特聘教授团队在AIChE Journal（https://doi.org/10.1002/aic.18714）期刊发表了一篇题为“Extraction of valuable metals from waste Li-ion batteries by deep eutectic solvent: experimental and mechanism analysis”的研究论文。该研究针对废锂离子电池（LIBs）设计了多种疏水性低共熔溶剂（HDES）用于有价金属的回收，对金属回收工艺性能及萃取机理进行了一系列研究。

图1 LIBs盐酸浸出液中有价金属离子的HDESs提取与回收及分离机制研究方案

研究团队通过选择不同的氢键供体（癸酸、利多卡因、DL-薄荷醇和百里香酚）与氢键受体（磷酸三丁酯和磷酸三辛酯），合成了一系列HDES。经过探索性实验，筛选出了适用于LIBs正极材料中有价金属回收的HDES。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和核磁共振氢谱（¹H NMR）表征，确认了氢键供体（HBD）与氢键受体（HBA）之间的氢键作用。静电势分析（ESP）显示，氢键的形成主要是由Lid（HBD）中的N-H键与TOP（HBA）中的P=O键相互作用，进一步验证了HDES的成功合成。

图2 低共熔溶剂选择性提取有价金属实验及分离机制研究

研究团队基于萃取时间、反应温度、水相pH以及有机相/水相比例等变量，进行了萃取条件的优化实验。在优化条件下，HDES[TOP][Lid]对Co²⁺和Ni²⁺的单级萃取效率分别达到了98.5%和83.9%；HDES[TBP][Lid]对Co²⁺和Ni²⁺的单级萃取效率分别为96.0%和82.9%。通过量子化学（QC）和分子动力学（MD）模拟，进一步揭示了HDES中金属离子的萃取机理。分子层面的分析表明，有价金属离子与HDES之间的静电和配位作用主导了金属离子的提取过程，其中Co²⁺和Ni²⁺与HDES的相互作用强度显著高于Li⁺与HDES之间的相互作用强度。

该项研究不仅为从废弃LIBs中高效回收贵金属提供了新的策略，还展示了HEDS作为一种绿色萃取剂的巨大潜力。通过这种新型溶剂，有望在提高金属回收效率的同时，减少对环境的影响，为废弃LIBs的可持续处理和资源回收提供一种更加环保、高效的解决方案。