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高纯钴是经济发展和国防建设的重要原料,具有重大的战略和经济价值。同时钴镍等重金属因具备显著的生物不可降解性、持久性及高毒性,是环境污染控制的主要指标之一。因此,从废水或生产母液中分离回收重金属离子,开发新型钴纯化和资源化技术,制备高纯钴极为迫切。常规萃取、离子交换等分离技术对微量杂质重金属离子的选择性分离去除效果难以满足目标要求,多级处理或集成工艺往往存在二次污染、投资成本高等缺陷。因此,制备性能优良的新型吸附分离材料,设计高效除杂纯化工艺,实现重金属离子的超高选择性分离,制备高纯钴,对我国有色金属行业实现结构优化、转型升级、节能减排等具有重要意义,对社会具有显著的经济效益和环境效益。根据软硬酸碱理论,吡啶环上的氮杂原子通过Lewis碱特性对过渡金属具有高亲和力,因此吡啶类螯合树脂具有高选择吸附重金属特性,且特别适用于高酸复杂环境中分离去除重金属离子。本文利用“氯甲基化-胺化”反应自合成系列新型吡啶类螯合树脂,并深入分析其对重金属离子的吸附作用规律及原理,优选关键参数,优化制备方案,满足高纯钴分级制备,并实现重金属资源化无害化。以自合成氯球为母体,通过胺化反应将二甲基吡啶胺功能基引入树脂骨架中,成功制备系列吡啶类螯合树脂,利用响应面优化法(RSM)确定最佳合成参数,制备具有最优吸附性能的新型树脂。树脂理化结构表征证明吡啶功能基被成功修饰到树脂母体上。单组份静态实验结果表明,pH值为3时树脂吸附量最大。Langmuir方程能较好的描述等温吸附过程;树脂对Ni(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的最大饱和吸附量分别达到1.240 mmol/g和0.793 mmol/g。动力学结果表明吸附过程中Ni(Ⅱ)的初始吸附速率大于Co(Ⅱ),这与前者更小的离子半径有关。比较吸附前后的FTIR和XPS谱图,发现胺基和吡啶环的氮原子均参与螯合配位作用。采用密度泛函理论(DFT)优化配位物空间构型,推证树脂与金属离子螯合配位方式为:胺基与吡啶环上的氮原子构成三齿配位结构,与重金属离子结合形成两个五元环的稳定配体结构。双组份静态吸附结果表明,树脂对Ni(Ⅱ)和Co(Ⅱ)吸附量均小于单组份,与位点直接竞争机制相关。共存Ni(Ⅱ)对Co(Ⅱ)的影响更为显著,表明该树脂对Ni(Ⅱ)的亲和力更强。双组份动力学结果显示,Ni(Ⅱ)的初始吸附速率大于Co(Ⅱ),但均小于单组份,同样归结为竞争效应。随着Co(Ⅱ)/Ni(Ⅱ)初始浓度比的增大,树脂对Ni(Ⅱ)的吸附能力增强,表明在高浓度Co(Ⅱ)干扰条件下树脂对Ni(Ⅱ)的选择性提高。双组份动态实验显示,降低流速有利于树脂对Ni(Ⅱ)的选择性分离。当流速为5 BV/h时,在前155 BV、235 BV出水中,Co(Ⅱ)的纯度分别达到100%、99.999%。15%的盐酸能够对树脂进行彻底的再生,Ni(Ⅱ)和Co(Ⅱ)的脱附过程均在40 BV左右完成,无“拖尾”现象。以PSPA434树脂为核心设计多级分离、梯级削减的重金属高纯化和资源化方案。PSPA434树脂能够从高浓度钴溶液中高选择性分离回收镍并制备5N级以上高纯钴,直接运行成本仅为6.17元/t左右,一个处理周期获利超过30万元,体现出显著的经济效益,为重金属资源的高级利用和有效回收提供新工艺。