مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

سنتز نانوذرات کبالت به روش هیدرومتالورژی از اکسید کبالت مصرف شده در سلول های ذخیره انرژی حرارتی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی همدان
2 گروه مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی همدان، همدان
10.22076/me.2026.743586
چکیده
در این پژوهش، سنتز نانوذرات فلزی کبالت از اکسید کبالت مصرف‌شده در سلول‌های ذخیره انرژی حرارتی به روش هیدرومتالورژی با هدف بازیابی و استفاده مجدد از کبالت انجام شد. عملیات لیچینگ نمونه حاوی Co₃O₄ با استفاده از اسید سولفوریک انجام و تأثیر دمای محلول و زمان واکنش روی فرایند بازیابی کبالت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین بازده استخراج یون ⁺Co² (غلظت حدود ppm 9000) در شرایط بهینه شامل دمای واکنش 85 درجه سانتیگراد و زمان 240 دقیقه حاصل می‌شود. در ادامه، نانوذرات کبالت از محلول سولفات کبالت تحت شرایط کنترل‌شده و در حضور بوروهیدرید سدیم (NaBH₄) به‌عنوان عامل احیاکننده و پلی‌وینیل‌پیرولیدون (PVP) به‌عنوان پایدارکننده سطحی در محیط قلیایی سنتز شد. در مرحله سنتز، نسبت وزنی NaBH₄ به CoSO₄·7H₂O به‌عنوان پارامتر کلیدی بررسی شد و بهترین نتایج در نسبت وزنی بوروهیدرید سدیم به سولفات کبالت برابر 2 در pH مساوی با 4/10 به‌دست آمد. محلول لیچینگ و نانو ذرات با آزمون‌های UV-Vis، XRD، DLS و SEM مشخصه یابی شدند و میانگین اندازه نانو ذرات کبالت سنتز شده در شرایط بهینه، 23 نانومتر گزارش شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Hydrometallurgical Synthesis of Cobalt Nanoparticles from Spent Cobalt Oxide in Thermal Energy Storage Cells

نویسندگان English

Mehrshad Farahani Jokar 1
Mehdi Pourabdoli 2
Atiyeh Sarmadi
1 Hamedan University of Technology
2 Department of Materials Eng., Hamadan University of Technology, Hamdan, Iran.
چکیده English

In this research, the hydrometallurgical synthesis of metallic cobalt nanoparticles from spent cobalt oxide in thermal energy storage cells was investigated with the aim of recovering and reusing cobalt. The leaching process of the sample containing Co3O4 was carried out using sulfuric acid, and the effects of solution temperature and reaction time on the cobalt recovery process were evaluated. The results showed that the maximum extraction efficiency of cobalt ions (with a concentration of approximately 9000 ppm) was achieved under optimum conditions consisting of a reaction temperature of 85 °C and a time of 240 minutes. Subsequently, cobalt nanoparticles were synthesized from the cobalt sulfate solution under controlled conditions in the presence of sodium borohydride (NaBH4) as a reducing agent and polyvinylpyrrolidone (PVP) as a surface stabilizer in an alkaline medium. During the synthesis stage, the weight ratio of NaBH4 to CoSO4.7H2O was investigated as a key parameter, and the best results were obtained at a sodium borohydride-to-cobalt sulfate weight ratio of 2 at a pH of 10.4. The leaching solution and nanoparticles were characterized using UV-Vis, XRD, DLS, and SEM analyses, and the average size of the synthesized cobalt nanoparticles under optimum conditions was reported to be 23 nm.

کلیدواژه‌ها English

Cobalt oxide
Hydrometallurgy
Leaching
Cobalt nanoparticles
1- Gao, H., Liu, S., Li, Y., Conte, E., & Cao, Y. (2017). A critical review of spinel structured iron cobalt oxides based materials for electrochemical energy storage and conversion. Nanomaterials, 7(11), 370.
2- Abbruzzese, C., Vegliò, F., & Ubaldini, S. (1995). Process optimization in hydrometallurgical treatment of spent cobalt-containing catalysts. Hydrometallurgy, 39(3), 265–284.
3- Biswas, R. K., Ghosh, A., & Bhattacharyya, K. K. (2009). Kinetics of leaching of cobalt from converter slag with sulphuric acid. Hydrometallurgy, 96(1–2), 72–75.
4- Raghavan, P., & Dai, L. (2012). Thermal stability and crystallization of Co–B amorphous alloys. Journal of Alloys and Compounds, 536, S112–S116.
5- Goldstein, J. I., Newbury, D. E., Joy, D. C., Lyman, C. E., Echlin, P., Lifshin, E., Sawyer, L., & Michael, J. R. (2017). Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis (4th ed.). Springer.

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 11 آبان 1405