TWI551731B - 電透析協同溶劑萃取進行金屬回收之方法及其裝置 - Google Patents

Description

電透析協同溶劑萃取進行金屬回收之方法及其裝置

本發明是有關於一種回收金屬之方法及其裝置，特別是有關於一種應用電透析協同溶劑萃取回收金屬之方法及其裝置。

用於電透析進行萃取過程的電場的主要作用，係將直流電場加到液-液萃取系統中，使受到離子交換膜區隔的槽液間，能提高離子擴散速率，從而達到提高混合金屬的分離效率。萃取過程中由於有電場的加入，使系統的物化性質、傳質特性或萃取機制發生變化，以往透過對電場中兩相流動行為的研究，已發現電場強度對液滴聚合和分散有著重要影響，例如，電場的強化作用可以提高萃取設備的混合金屬分離效率，並實現無攪拌機的液-液混合等。

國內外對電滲或電泳萃取的研究較少，一般電泳萃取設備僅限於實驗室設備。這些設備主要分為間歇電泳萃取設備和連續電泳萃取設備。典型的電泳萃取設備為U型管式間歇電泳萃取設備，操作時，將互不相溶的油/水兩相置於U型管的兩端，將正負電極分別加到兩相中的電極。另一種間歇式電泳萃取設備是用微孔膜將腔室分為正電極室、負電極室和油/水分離室，在兩相電極空間用一定pH值的緩衝液循環，以確保油/水分離室pH 值的梯度，不會因電極反應而有較大的變化，但兩者的金屬分離效率皆遠低於傳統的溶劑萃取程序，無法有效分離混合金屬離子。

此外，目前的電透析設備僅能分離相反電荷離子，電泳萃取設備雖可將同電荷性離子依據其泳動遷移速率進行分離，但僅能用於微量分析或微量電泳層析，而一般金屬離子都是正電荷，且其遷移速率相近而很難達到直接分離，因此應用電透析於工業的大量分離同是正電荷的混合金屬離子並不可行。

以上技術瓶頸亦發生於新型三元系鋰電池中有價金屬的回收。詳言之，以往廢電池回收研究著重於從鈷酸鋰電池回收單一鈷離子的溶液，而新型三元系鋰電池則回收成為錳、鎳、鈷濃度大致相當的溶液，其中對低鎳、高鈷的溶液可用硫化沉澱除去鎳，而對高鎳、低鈷的溶液可用氧化水解沉澱除去鈷；但對鎳、鈷濃度大致相當的溶液，欲以化學沉澱或電解析出單一金屬鹽時，會伴隨相當比例的其他金屬鹽的共沉澱或共同電析，降低單一金屬的純度及回收料品質與價值，對將來陸續產出的三元系廢二次鋰電池而言，若僅以化學沉澱法回收，其金屬或金屬鹽純度將難以提昇。

另一方面，溶劑萃取法的金屬離子分離效率高、生產量大、可快速連續多級萃取及多線自動化生產，配合電解程序與化學沉澱，在適當的條件下，可生產出純度高、價值高、市場接受度較高的單一金屬或金屬鹽。然而，使用溶劑萃取法需採兩階段多級的溶劑萃取法，分離成高純度的錳反萃液、鈷反萃液、鎳萃餘液，再以電解回收為單一金屬，或化學沉澱回收為金屬鹽。其中錳在溶劑萃取程序，較易與鈷與鎳分離；後續鈷與鎳的分離，常需要6~12級繁複的溶劑萃取程序。因此，對鈷與鎳的分離，仍需要開發其他的分離技術。

因三元系二次鋰電池2012年才開始量產，廢電池預期將在五年後才會逐漸產出，現階段研究三元系廢二次鋰電池回收技術較少，且目前研究的標的物皆為直接取自廠商的正極材料粉體，非實際的三元系廢二次鋰電池。於回收以上所述之正極材料粉體的習知技術中有採用化學沉澱法分別回收二氧化錳和氫氧化錳、氫氧化鎳、氫氧化鈷、碳酸鋰，或採單段萃取錳，但未實際分別純化提高錳、鈷、鎳純度。

綜觀前述，以上習知技術並未針對從三元系廢二次鋰電池中回收有價金屬，且使用化學沉澱法或溶劑萃取法的過程繁雜，並未實際提高回收金屬的純度。

基於上述習之技術的缺失，本發明的目的就是要提供一種可有效從溶液中分離多種金屬離子的萃取方法及其裝置，並使其可應用於工業上進行大量分離。

基於上述目的，本發明係提供一種電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置，其包含正極模組、負極模組、水相儲存模組、油相儲存模組及分離相儲存模組。正極模組係容置電極循環液。負極模組可連通正極模組並容置電極循環液，負極模組及正極模組係提供整個裝置一電位差。水相儲存模組可容置含有第一金屬離子及第二金屬離子的水相溶液。油相儲存模組可容置可導電萃取劑，可導電萃取劑包含油相溶液及第一電解質溶液，且油相溶液對於第二金屬離子的結合力大於第一金屬離子。分離相儲存模組用於容置可溶解第一金屬離子的第二電解質溶液。上述的模組分別依照正極模組、水相儲存模組、油相儲存模組、分離相儲存模組及負極模組的順序進行排列，且依序分別以第一陰離子交換膜、第一陽離子交換膜、第二陽離子交換膜及第二陰離子交換膜彼此區隔。

較佳地，油相儲存模組更包含槽內攪拌單元或循環攪拌單元，以混和油相溶液及第一電解質溶液。

較佳地，第一電解質溶液為強電解質，例如為含有強酸強鹼鹽的溶液。

較佳地，可導電萃取劑更包含界面活性劑，以使第一電解質溶液與油相溶液形成油水混合的微乳液。

較佳地，界面活性劑包含聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween80)之水溶性界面活性劑、失水山梨醇單油酸酯(Span80)之油溶性界面活性劑、十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽或其任意組合。

較佳地，電極循環液包含與水相溶液的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。

基於上述目的，本發明再提供一種使用上述之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置進行金屬回收之萃取方法，其包含以下步驟，係於第一預定時間提供電位差至正極模組及負極模組，以進行電透析協同溶劑萃取程序，負極模組及正極模組提供的電位差，可使第一金屬離子穿過第一陽離子交換膜及第二陽離子交換膜以進入分離相儲存模組中，而第二金屬離子穿過第一陽離子交換膜後侷限於油相溶液中。

較佳地，第一預定時間可為使水相溶液中的第一金屬離子及第二金屬離子的分離率達到最高的時間。

較佳地，本發明之萃取方法更包含於第一預定時間後，將已結束電透析協同溶劑萃取程序的水相溶液或第二電解質溶液導入第二水相儲存模組，以於第二預定時間提供電位差以進行第二次萃取程序。

較佳地，萃取程序包含批次萃取或連續萃取。

承上所述，依本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之方法及其裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1) 電透析協同溶劑萃取裝置因使用離子膜隔絕水相溶液、油相萃取液及低鹽水溶液，具有避免可導電萃取液中的高價值溶劑於萃取過程損失的優點，且製程於密閉膜組內進行，操作環境污染性低。

(2)本發明可直接將原料酸溶，將混合金屬溶解進入水相溶液中，於分離相儲存模組直接收集到分離後的金屬，可降低習知技術之循環操作萃取與反萃過程中消耗的大量酸性溶劑與成本。

(3)本發明可採用市場既有的陽離子交換膜與陰離子交換膜，透過適當的透析膜組設計，與最佳參數操作，將其模組化或進行大量生產的成本較低亦較具實用性。

(4)使用本發明之電透析協同溶劑萃取方法可處理具有相同電荷的金屬離子的能力，此種萃取方法亦可取代傳統溶劑萃取劑之分離率低的混合金屬溶液的純化。

(5)當設置完成本發明之電透析協同溶劑萃取裝置，後續的萃取方法僅需施加電壓，其操作過程簡單，有利於工業上進行大量分離的操作。

為了讓上述目的、技術特徵以及實際實施後之增益性更為明顯易懂，於下文中將係以較佳之實施範例輔佐對應相關之圖式來進行更詳細之說明。

第1圖係根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取系統示意圖。如圖所示該萃取系統包含電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置，其包含正極模組10、負極模組11、水相儲存模組20、油相儲存模組30、第一陰離子交換膜51、第一陽離子交換膜52、第二陽離子交換膜53及第二陰離子交換膜54。以上模組及離子交換膜的配置方式，為使正極模組10、水相儲存模組20、油相儲存模組30、分離相儲存模組40及負極模組11依序排列，且依序分別以第一陰離子交換膜51、第一陽離子交換膜52、第二陽離子交換膜53及第二陰離子交換膜54彼此區隔。

正極模組10及負極模組11中設有電極，可於該系統通電時提供一電位差至電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置中，正極模組10及負極模組11中的空間係容置電極循環液12，且正極模組10及負極模組11可以管線連通，使其中的電極循環液12進行循環。

水相儲存模組20用於容置水相溶液21，此處的水相溶液21含有欲進行回收的第一金屬離子及第二金屬離子。

油相儲存模組30用於容置可導電萃取劑31，可導電萃取劑31包含油相溶液及第一電解質溶液，此處的油相溶液即為習知萃取技術中的萃取溶劑，其選擇可使用對於第二金屬離子的結合力大於第一金屬離子的萃取溶劑。而可導電萃取劑31中混合第一電解質溶液的目在於，使油相儲存模組30中的液體可導電，使其中的第一金屬離子與第二金屬離子可被電場牽引。

分離相儲存模組40可用於容置可溶解第一金屬離子的第二電解質溶液41。

以上模組可再加入電極循環液槽外循環模組13、水相供應模組22、油相槽外循環攪拌單元34及分離相槽外循環模組42，形成電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取系統。

電極循環液槽外循環模組13用於連通正極模組10及負極模組11，使電極循環液12可進行循環，以平衡整個純化系統的電荷。電極循環液12可包含與水相溶液21的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。水相供應模組22可將欲進行分離的水相溶液21輸送至水相儲存模組20中，油相槽外循環攪拌單元34可將可導電萃取劑31輸送至油相儲存模組30，分離相槽外循環模組42可提供第二電解質溶液41至分離相儲存模組40，或回收已含有第一金屬離子的第二電解質溶液41。

實施上，若考量油相儲存模組30中的可導電萃取劑31的導電度較不足，可使用物理法或化學法進行油水混合達到導電的目的，讓電透析程序得以實現。

上述物理法是以攪拌進行油水混合，可使用槽內攪拌單元32，例如葉片攪拌器、靜態混合器、氣體攪拌器或超音波攪拌器，於第2圖所示的槽內攪拌單元32即為葉片攪拌器。此外，物理法亦可使用循環攪拌單元34，例如使用泵循環，使可導電萃取劑31進行油相儲存模組30之槽外液體循環(如第1圖所示)。在使用物理法的較佳實施例中，需加入強電解質，例如使用強酸和強鹼反應生成的強酸強鹼鹽的溶液輔助導電，可導電萃取劑31中的第一電解質溶液，其產生的電導度較高，且不會影響萃取劑的皂化率、純化率與萃取系統的酸鹼值。

另外，化學法是於可導電萃取劑31中再加入界面活性劑，以使可導電萃取劑31形成油水混合的微乳液，界面活性劑可使用聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween80)形成水包油微乳液，或使用失水山梨醇單油酸酯(Span80) 形成油包水微乳液，或使用十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽，或以上的界面活性劑之任意組合，但不以此為限。適當地配製微乳液可形成長期穩定的單一相，即不需以物理法持續地攪拌。

實施上，以上所述之水相供應模組22亦可設置於萃取程序進行時使水相溶液21進行水相儲存模組20的槽外循環，分離相槽外循環模組42亦可設置於萃取程序進行時使第二電解質溶液41進行分離相儲存模組40的槽外循環。

請同時參見第1圖至第4圖，第4圖係為根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之方法步驟圖，可包含以下步驟：

於步驟S10中，可設置電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置，設置方式詳見如前述。

於步驟S20中，可於第一預定時間提供電位差至正極模組10及負極模組11，以進行萃取程序。此時，電場會使第一金屬離子及第二金屬離子穿過第一陽離子交換膜52至油相儲存模組30中。進而，因油相儲存模組30中的可導電萃取劑31對於第二金屬離子的結合力大於第一金屬離子，而使第一金屬離子容易受電場牽引再通過第二陽離子交換膜53，但不會穿越第二陰離子交換膜54，而保留於分離相儲存模組40中。

藉由以上方式，大量的第一金屬離子會於通電後集中於分離相儲存模組40，而第二金屬離子穿過第一陽離子交換膜52後侷限於油相溶液中，因而達到了分離水相溶液21中第一金屬離子與第二金屬離子之目的。

本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之方法，亦可視欲純化分離的程度再進行步驟S30，將已結束第一次萃取程序的水相溶液21或第二電解質溶液41導入第二個電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置之第二水相儲存模組120，以於第二預定時間提供電位差進行第二次萃取程序。

根據以上所述之電透析協同溶劑進行金屬回收之萃取方法及萃取系統的描述，可組合成以下實施態樣的萃取方法及萃取系統。

上述萃取系統可進行批次萃取或連續萃取，當進行批次萃取時，可將欲純化的水相溶液21輸送至水相儲存模組20中，通電一預定時間使其進行電透析協同溶劑萃取，即不再提供電位差，並回收分離相儲存模組40中含有第一金屬離子的第二電解質溶液41。當進行連續萃取時，可對水相溶液21進行連續進樣，對分離相儲存模組40進行連續出樣。

本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取系統，可視萃取情況進行電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取裝置的並聯或串聯。

第2圖係顯示萃取並聯系統的各模組間的配置關係，於圖中，第二個電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置可由依序排列第二正極模組110、第三陰離子交換膜151、第二水相儲存模組120、第三陽離子交換膜152、第二油相儲存模組130、第四陽離子交換膜153、第二分離相儲存模組140、第四陰離子交換膜154及第二負極模組111設置而成。

其中的水相供應模組22可於同一批次供應水相溶液21至水相儲存模組20及第二水相儲存模組120，分離相槽外循環模組42可自分離相儲存模組40及第二分離相儲存模組140回收已儲存第一金屬離子的第二電解質溶液41，以增加單一批次可處理水相溶液21的容量。

第3圖係顯示萃取串聯系統的各模組間的配置關係，其中的第二個電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置之配置基本上與第2圖相同，差別在於管線設置係連通水相儲存模組20及第二水相儲存模組120，以將完成一預定時間的萃取的水相溶液21導入第二水相儲存模組120，再進行第二次萃取程序。

進行第一次萃取之預定時間，係為使水相溶液21中的第一金屬離子及第二金屬離子的分離率達到最高的時間，意即，第一次萃取可使分離相儲存槽40僅含有第一金屬離子，第二次萃取中未經處理的水相溶液21中含有大量的第二金屬離子與少量的第一金屬離子，經過第二次萃取之後，第一金屬離子會再進入第二分離相儲存模組140，而第二水相儲存模組120含有濃度較高的第二金屬離子，可藉此以獲得含有高濃度第二金屬離子的水相溶液21。

萃取串聯系統的配置關係亦可為以管線連通分離相儲存模組40及第二水相儲存模組120，將已進行第一次萃取的第二電解質溶液41導入第二水相儲存模組120，再進行第二次萃取。完成第一次萃取後，在第二電解質溶液41中仍有少量的第二金屬離子的情況下，第二次萃取後可再獲得含有較高濃度第一金屬離子的第二電解質溶液。

此種萃取串聯系統亦可應用於分離含有三種金屬離子的水相溶液，可於第一次萃取時水相溶液時，選用油相溶液以結合第一金屬離子，而使第二金屬離子及第三金屬離子通過至第二電解質溶液，第二次萃取第二電解質溶液時，選用油相溶液以結合第二金屬離子，以於分離相儲存模組中取得含較高濃度第三金屬離子的溶液，但實施上不以此為限。

以下係為使用本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置進行三元系廢鋰電池回收金屬材料之試驗。

本實施例中的水相溶液的製備係為將三元系廢鋰電池之正級材料進行酸溶，除去溶液中的鋁及錳而獲得含有鈷與鎳之硫酸溶液，水相溶液的體積400mL、酸強度0.432N，含有鈷1.99g/L、鎳2.06g/L、其他雜質低於10mg/L。

可導電萃取劑為270mL煤油與180mL已皂化70% 的P507(2-ethylhexyl 2-ethylhexyl phosphate，雙(2-乙基己基)磷酸酯)，並添加50mL硫酸鈉溶液，共500mL。已皂化70% 的P507為一種液態離子交換樹脂，會與鈷離子結合，使鎳離子通過油相儲存模組。已皂化70% 的P507本身不導電，是由加入50mL硫酸鈉溶液及界面活性劑先攪拌形成微乳液，才具有導電的性質。

分離相儲存模組中的第二電解質溶液為0.216N之硫酸溶液400mL。電極循環液為400mL、1% 硫酸鈉溶液。

配置以上溶液並置入水相儲存模組、油相儲存模組、分離相儲存模組、正極模組及負極模組中，以上各模組的容積為400mL，並將500mL的可導電萃取劑用於進行油相儲存模組的槽外循環，實驗期間係施加電流密度0.36A/dm ²，並於每0.5hr於水相儲存模組取樣一次，以火焰式原子吸收光譜儀檢測離子濃度，其結果顯示如第5圖及表一。

表一 三元系廢鋰電池純化之水相溶液中鈷及鎳含量的百分比變化 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0001"><TBODY><tr><td> 時間(小時) </td><td> 水相溶液中 的鈷含量(%) </td><td> 水相溶液中 的鎳含量(%) </td></tr><tr><td> 0 </td><td> 100 </td><td> 100 </td></tr><tr><td> 0.5 </td><td> 94.12 </td><td> 97.48 </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 86.43 </td><td> 88.64 </td></tr><tr><td> 1.5 </td><td> 80.30 </td><td> 87.14 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 73.52 </td><td> 86.12 </td></tr><tr><td> 2.5 </td><td> 55.53 </td><td> 85.49 </td></tr><tr><td> 3 </td><td> 45.83 </td><td> 84.51 </td></tr><tr><td> 3.5 </td><td> 25.73 </td><td> 82.77 </td></tr><tr><td> 4 </td><td> 12.81 </td><td> 78.06 </td></tr><tr><td> 4.5 </td><td> 9.95 </td><td> 73.11 </td></tr><tr><td> 5 </td><td> 6.18 </td><td> 63.30 </td></tr><tr><td> 5.5 </td><td> 5.33 </td><td> 36.55 </td></tr><tr><td> 6 </td><td> 5.13 </td><td> 9.61 </td></tr><tr><td> 6.5 </td><td> 4.92 </td><td> 5.97 </td></tr><tr><td> 7 </td><td> 4.77 </td><td> 4.61 </td></tr></TBODY></TABLE>

如第5圖及表一顯示，在電場驅動下第4小時，鈷及鎳的分離率最高，水相溶液含有12.81%的鈷及78.06%的鎳，表示87.19%的鈷及21.94%的鎳已至可導電萃取劑中，此時測量第二電解質溶液的離子濃度含有21.54%的鎳且不含鈷，表示87.19%的鈷被侷限於可導電萃取劑，而21.54%的鎳已穿過油相儲存模組至分離相儲存模組中。

根據以上結果，本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置確實可以萃取水相溶液之特定的金屬離子，且可藉由調整通電時間，於不同的模組中取得不同純化比例的金屬離子。本實施例亦證實，本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置確實可處理含有大致相當濃度的鈷離子及鎳離子的水相溶液中，表示可用於取代對該種類水相溶液進行純化的習知技術，分離出較純淨的單一金屬離子液體。

本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置與一般的電透析的差別在於，一般電透析的離子交換膜排列是陰-陽-陰-陽的排列，只能分離陽離子與陰離子，無法分離混合金屬離子。電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置的離子交換膜是陰-陽-陽-陰的排列，與萃取劑的協同作用，可分離相同電荷的混合金屬離子，當金屬離子通過交換膜時，外加電位差會讓膜內形成如毛細管電泳分離的情況，使影響陽離子遷移的巨觀電泳遷移率(μ _obs)成為電滲遷移率(μ _eo)及電泳遷移率(μ _ep)之和，而電滲遷移率約為一般離子電泳遷移率的5～7倍，可放大不同金屬陽離子的遷移率差異。當兩種金屬離子皆受電位差穿越陽離子交換膜到達油相儲存模組時，即進行溶劑萃取，因而使兩種金屬離子分離。

使用習知的溶劑萃取時，強烈的水相與油相混合會導致高價萃取劑(例如實施例所述之液態離子交換樹脂)的損失，相較之下，使用本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置的好處在於，由於在可導電萃取劑長期穩定的單一相微乳液中進行溶劑萃取，不須進行持續且強烈的油水混合，因此不會導致高價萃取劑的損失，亦可減少從已鍵結金屬離子的油相萃取劑中反萃金屬離子的步驟，且萃取程序是於密閉膜組內進行，操作環境污染性低。由此可見，除了分離具相同金屬離子濃度的水相溶液之外，本案亦適合用於以傳統溶劑萃取時，分離率低之混合金屬溶液的純化。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

10‧‧‧正極模組
11‧‧‧負極模組
12‧‧‧電極循環液
13‧‧‧電極循環液槽外循環模組
20‧‧‧水相儲存模組
21‧‧‧水相溶液
22‧‧‧ 水相供應模組
30‧‧‧油相儲存模組
31‧‧‧可導電萃取劑
32‧‧‧槽內攪拌單元
34‧‧‧循環攪拌單元
40‧‧‧分離相儲存模組
41‧‧‧第二電解質溶液
42‧‧‧分離相槽外循環模組
51‧‧‧第一陰離子交換膜
52‧‧‧第一陽離子交換膜
53‧‧‧第二陽離子交換膜
54‧‧‧第二陰離子交換膜
110‧‧‧第二正極模組
111‧‧‧第二負極模組
120‧‧‧第二水相儲存模組
130‧‧‧第二油相儲存模組
140‧‧‧第二分離相儲存模組
151‧‧‧第三陰離子交換膜
152‧‧‧第三陽離子交換膜
153‧‧‧第四陽離子交換膜
154‧‧‧第四陰離子交換膜
S10~S30‧‧‧步驟

第1圖係根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取系統示意圖。

第2圖係根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取串聯系統示意圖。

第3圖係根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之萃取並聯系統示意圖。

第4圖係根據本發明之電透析協同溶劑萃取回收金屬之方法步驟圖。

第5圖係根據本發明之方法進行廢鋰電池回收正級材料之鎳、鈷的濃度變化圖。

10‧‧‧正極模組

11‧‧‧負極模組

12‧‧‧電極循環液

13‧‧‧電極循環液槽外循環模組

20‧‧‧水相儲存模組

21‧‧‧水相溶液

22‧‧‧水相供應模組

30‧‧‧油相儲存模組

31‧‧‧可導電萃取劑

34‧‧‧循環攪拌單元

40‧‧‧分離相儲存模組

41‧‧‧第二電解質溶液

42‧‧‧分離相槽外循環模組

51‧‧‧第一陰離子交換膜

52‧‧‧第一陽離子交換膜

53‧‧‧第二陽離子交換膜

54‧‧‧第二陰離子交換膜

Claims (10)

1. 一種電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置，其包含： 一正極模組，係容置一電極循環液； 一負極模組，係連通該正極模組並容置該電極循環液，該負極模組及該正極模組係提供一電位差； 一水相儲存模組，容置含有一第一金屬離子及一第二金屬離子的一水相溶液； 一油相儲存模組，容置一可導電萃取劑，該可導電萃取劑包含一油相溶液及一第一電解質溶液，該油相溶液對於該第二金屬離子的結合力大於該第一金屬離子；以及 一分離相儲存模組，容置可溶解該第一金屬離子的一第二電解質溶液； 其中，該正極模組、該水相儲存模組、該油相儲存模組、該分離相儲存模組及該負極模組係依序排列，且依序分別以一第一陰離子交換膜、一第一陽離子交換膜、一第二陽離子交換膜及一第二陰離子交換膜彼此區隔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該油相儲存模組更包含一槽內攪拌單元或一循環攪拌單元，以混和該油相溶液及該第一電解質溶液。
3. 如申請專利範圍第2項所述之裝置，其中該第一電解質溶液為含有強酸強鹼鹽的溶液。
4. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該可導電萃取劑更包含一界面活性劑以使該第一電解質溶液與該油相溶液形成油水混合的微乳液。
5. 如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該界面活性劑包含聚氧乙烯山梨醇酐油酸酯(Tween 80)、失水山梨醇單油酸酯(Span 80)、十二烷基硫酸四辛基銨之季銨鹽或其任意組合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該電極循環液包含與該水相溶液的陰離子相同之鈉鹽或鉀鹽溶液。
7. 一種使用如申請專利範圍第1項所述之電透析協同溶劑萃取回收金屬之裝置進行金屬回收之萃取方法，其包含以下步驟，係於一第一預定時間提供該電位差至該正極模組及該負極模組，以進行一萃取程序，該電位差係使該第一金屬離子穿過該第一陽離子交換膜及該第二陽離子交換膜以進入該分離相儲存模組中，而該第二金屬離子係穿過該第一陽離子交換膜後侷限於該油相溶液中。
8. 如申請專利範圍第7項所述之萃取方法，其中該第一預定時間係使該水相溶液中的該第一金屬離子及該第二金屬離子的分離率達到最高的時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之萃取方法，更包含於該第一預定時間後，將已結束該萃取程序的該水相溶液或該第二電解質溶液導入一第二水相儲存模組，以於一第二預定時間提供電位差以進行第二次萃取程序。
10. 如申請專利範圍第7項所述之萃取方法，其中該萃取程序包含批次萃取或連續萃取。