Подготовка и экстракция восстанавливающих компонентов из использованной кофейной гущи для выщелачивания черной массы литий-ионных батарей
DOI:
https://doi.org/10.15328/cb2026_165Ключевые слова:
литий-ионные батареи, черная масса, кофейная гуща, экстракция, метод выщелачиванияАннотация
Отработанная кофейная гуща (ОКГ) представляет собой доступный источник органических соединений с восстановительной активностью и потенциально может использоваться при гидрометаллургической переработке литий-ионных батарей. В работе исследованы подготовка отработанной кофейной гущи, извлечение восстановительно-активных компонентов и применение полученного экстракта при выщелачивании NCA-содержащей чёрной массы. Сопоставлены конвективная, вакуумная и комбинированная сушка, влияние гранулометрического состава, а также три метода экстракции: мацерация, экстракция в аппарате Сокслета и ультразвуковая экстракция (УЗЭ). Комбинированный режим сушки обеспечивал конечную влажность 0,5–0,8 % и высокую восстанавливающую способность основных фракций отработанной кофейной гущи размером 250–1000 мкм. Наибольший удельный выход восстановительно-активных компонентов был получен при мацерации с соотношением твёрдое:жидкое (Т:Ж) 1:40 (37,6 ± 1,5 мг эквивалента аскорбиновой кислоты (AAE)·г-1); при Т:Ж = 1:10 наибольший выход дала экстракция по Сокслету, однако УЗЭ позволила получить экстракт сопоставимой концентрации за 30 мин вместо 240 мин. После концентрирования восстанавливающая способность экстракта УЗЭ составляла 18,7 мг AAE·мл-1.
При использовании 2 М лимонной кислоты с экстрактом ОКГ степень выщелачивания составляла 73,5 ± 4,3 % для Ni, 81,2 ± 5,6 % для Co и 98,9 ± 2,5 % для Li; в лимонной кислоте без восстановителя для Ni и Co она составляла 35,1 и 33,4 %. По эффективности система лимонная кислота–экстракт ОКГ уступала системе лимонная кислота–H₂O₂ (90,4 % для Ni и 91,4 % для Co), однако обеспечивала существенно более высокое извлечение Ni и Co по сравнению с лимонной кислотой без восстановителя. Результаты показывают, что жидкий экстракт ОКГ может использоваться как биогенный восстановитель при выщелачивании исследованной NCA-содержащей чёрной массы 2 М лимонной кислотой.
Библиографические ссылки
1. Grand View Research (2026) Lithium-ion Battery Recycling Market Size, Share & Trends Analysis Report, 2026-2033
2. Kresse C, Bookhagen B, Buarque Andrade L, Frenzel M (2025) Recycling 10:122. http://doi.org/10.3390/recycling10040122
3. European Parliament and Council (2023) Regulation (EU) 2023/1542 of the European Parliament and of the Council of 12 July 2023 concerning batteries and waste batteries, amending Directive 2008/98/EC and Regulation (EU) 2019/1020 and repealing Directive 2006/66/EC.
4. Donnelly L, Pirrie D, Power M, Corfe I, Kuva J, Lukkari S, et al. (2023) Recycling 8:59. http://doi.org/10.3390/recycling8040059
5. Yang Y, Lei S, Song S, Sun W, Wang L (2020) Waste Manag 102:131–138. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.09.044
6. Biswal BK, Zhang B, Thi Minh Tran P, Zhang J, Balasubramanian R (2024) Chem Soc Rev 53:5552–5592. http://doi.org/10.1039/D3CS00898C
7. Musariri B, Akdogan G, Dorfling C, Bradshaw S (2019) Miner Eng 137:108–117. http://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.03.027
8. Chen X, Luo C, Zhang J, Kong J, Zhou T (2015) ACS Sustain Chem Eng 3:3104–3113. http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b01000
9. Zeng L, Shen H, Huang H, Zhang W (2026) Waste Manag 219:115571. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2026.115571
10. Wu Z, Soh T, Chan JJ, Meng S, Meyer D, Srinivasan M, et al. (2020) Environ Sci Technol 54:9681–9692. http://doi.org/10.1021/acs.est.0c02873
11. Pant D, Dolker T (2017) Waste Manag 60:689–695. http://doi.org/10.1016/j.wasman.2016.09.039
12. Ungureanu N, Vlăduț N-V (2026) Sustainability 18:4127. http://doi.org/10.3390/su18084127
13. Švecová T, Bobková A, Demianová A, Bobko M, Mesárošová A, Jurčaga L, et al. (2025) J Microbiol Biotechnol Food Sci e12112. http://doi.org/10.55251/jmbfs.12112
14. Pyrzynska K (2026) Materials 19:1720. http://doi.org/10.3390/ma19091720
15. Zouari Ayadi D, Akermi S, Chaari M, Elhadef K, Abdelhdi C, Jlaiel L, et al. (2025) Food Biosci 71:107113. http://doi.org/10.1016/j.fbio.2025.107113
16. Gligor O, Clichici S, Moldovan R, Muntean D, Vlase A-M, Nadăș GC, et al. (2023) Plants 12:712. http://doi.org/10.3390/plants12040712
17. Tazhibayeva A, Tanash A, Zhigalenok Y, Abdimomyn S, Malik S, Zhumadil K, et al. (2025) RSC Adv 15:42450–42459. http://doi.org/10.1039/D5RA06474K
18. Işıl Berker K, Güçlü K, Tor İ, Demirata B, Apak R (2010) Food Anal Methods 3:154–168. http://doi.org/10.1007/s12161-009-9117-9
19. Oyaizu M (1986) Jpn J Nutr Diet 44:307–315. http://doi.org/10.5264/eiyogakuzashi.44.307
20. Erbay Z, Icier F (2010) Crit Rev Food Sci Nutr 50:441–464. http://doi.org/10.1080/10408390802437063
21. Osorio-Arias J, Delgado-Arias S, Cano L, Zapata S, Quintero M, Nuñez H, et al. (2020) Waste Biomass Valorization 11:5015–5026. http://doi.org/10.1007/s12649-019-00793-9
22. Tham NN, Zhang J, Tan HR, Wang W, Sng A, Hnin YYK, et al. (2026) ACS Appl Mater Interfaces 18:3696–3704. http://doi.org/10.1021/acsami.5c15726
23. Charbonneau V, Larouche F, Amouzegar K, Vijh A, Soucy G, Veilleux J (2025) J Power Sources Adv 36:100193. http://doi.org/10.1016/j.powera.2025.100193
24. Hou D, Xu Z, Yang Z, Kuai C, Du Z, Sun C-J, et al. (2022) Nat Commun 13:3437. http://doi.org/10.1038/s41467-022-30935-y
25. Mellin M, Mokhtarpour M, Mohseni E, Phillips R, Cherkashinin G, Jaegermann W, et al. (2025) J Mater Chem A 13:42463–42477. http://doi.org/10.1039/D5TA02948A
26. Bak S-M, Hu E, Zhou Y, Yu X, Senanayake SD, Cho S-J, et al. (2014) ACS Appl Mater Interfaces 6:22594–22601. http://doi.org/10.1021/am506712c
27. Mulimbayan F, Reguyal F, Zhang W, Cao P (2026) ACS Sustain Chem Eng 14:11764–11772. http://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c00069
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 A. Bekmagambetov, S. Abdimomyn, A. Grigoryev, M. Simonov, F. Malchik
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
