Пайдаланылған литий-ионды аккумуляторлардың қара массасындағы фторды потенциометриялық анықтауға алюминийдің әсері
DOI:
https://doi.org/10.15328/cb2026_166Түйін сөздер:
литий-ионды аккумуляторлар, қара масса, фтор, фторид-селективті электрод, тікелей потенциометрия, сілтілік балқыту, ПВДФ, LiPF6, қайта өңдеуАңдатпа
Фтор – пайдаланылған литий-ионды аккумуляторлар (ЛИА) қара массасының маңызды құрамдас бөлігі; ол қалдық электролит тұздарының, олардың түрлену өнімдерінің, құрамында фторы бар қоспалардың және поливинилиденфторид (ПВДФ) полимер байланыстырғышының құрамында кездеседі. Бұл компоненттердің химиялық табиғатының әртүрлілігі өнеркәсіптік қара массадағы фторды сандық анықтауды қиындатады. Осы жұмыста фторид-селективті электродпен тікелей потенциометрия әдісі арқылы сумен экстракцияланатын және сумен экстракцияланбайтын қалдық фтор фракцияларын бөлек бағалау мүмкіндігі зерттелді. Негізінен LiNi1−x−yCoxAlyO2 (NCA) типі басым катодтық материалдар қоспасынан тұратын өнеркәсіптік қара массаны талдау үшін сумен және қышқылмен шаймалау, сондай-ақ NaOH–KOH қоспасында тікелей сілтілік балқыту қолданылды. Сумен экстракцияланатын фтор фракциясының мөлшері (2,33 ± 0,06) мас.% құрады. Сонымен қатар, бастапқы қара массаны қышқылмен шаймалау және тікелей сілтілік балқыту анықталатын фтор мөлшерінің төмендеуіне әкелді, бұл сынама дайындау сатыларында алюминийдің матрицалық әсерін көрсетті. Таза ПВДФ модельдік үлгісінде сілтілік балқытудың ковалентті байланысқан фторды потенциометриялық анықтауға қолжетімді түрге тиімді ауыстыратыны көрсетілді. Шешуші фактор ретінде Al-дың ерітіндіге өтуі және оның кейіннен pH түзету кезінде тұнбаға түсуі анықталды; бұл фторидтің еріген, анықталатын түрінен ішінара шығарылуымен қатар жүреді. Сумен экстракцияланатын фтор фракциясын тікелей потенциометрия әдісімен жақсы қайталанғыштықпен анықтауға болады, ал сумен экстракцияланбайтын фракцияны сілтілік ыдыратудан кейін сандық бағалау бейтараптандыру кезінде Al әсерінен туындайтын фторидтің жоғалуы салдарынан айтарлықтай қиындайды. Нақты қара массада катодтық материалдың құрамында да, металдық қоспа түрінде де кездесетін алюминийдің анықталған әсерін ЛИА қара массасындағы фторды анықтаудың аналитикалық хаттамаларын әзірлеу кезінде ескеру қажет.
Әдебиеттер тізімі
1 Giza K, Pospiech B, Gęga J (2023) Energies 16:5777. https://doi.org/10.3390/en16155777
2 Zhao Q, Hu L, Li W, Liu C, Jiang M, Shi J (2020) Frontiers in Chemistry 8:807. https://doi.org/10.3389/fchem.2020.00807
3 Chen Z, Liu F, Liao B, Zhang T, Chen F, Wang J, Liao C, Xu S (2025) Inorganics 13:369. https://doi.org/10.3390/inorganics13110369
4 Siwak P, Leshchynsky V, Strumban E, Pantea M, Garbiec D, Maev R (2024) Metals 14:1466. https://doi.org/10.3390/met14121466
5 Zhao Y, Wen Y, Yang Y, Xu S (2025) Recovery of fluorine-containing resources from spent lithium-ion batteries as high-value products. SSRN Preprint. https://doi.org/10.2139/ssrn.5211603
6 Wang B, Yin Y, Deng H, Zhu H, Li G, He W (2025) Separation and Purification Technology 358:130283. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130283
7 Siame MC, Ahmed HM, Andersson A, Sundqvist-Öqvist L (2026) ACS Sustainable Chemistry & Engineering 14:1952-1963. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c10344
8 Kuzuhara S, Yamada Y, Igarashi A, Fujiwara K, Terakado O, Kasuya R (2024) Journal of Material Cycles and Waste Management 26:2696-2705. https://doi.org/10.1007/s10163-024-01991-x
9 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.
10 GB/T 45203-2024. Recycled black mass for lithium ion battery, Beijing, China, 2024. (In Chinese)
11 Aliyev A, Gray D, Bedrossian S, Azimi G (2025) Waste Management 207:115136. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2025.115136
12 Wang M, Tan Q, Liu L, Li J (2019) ACS Sustainable Chemistry & Engineering 7:12799-12806. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b01546
13 Morita Y, Saito Y, Kumagai S, Kameda T, Shiratori T, Yoshioka T (2024) Journal of Material Cycles and Waste Management 26:669-678. https://doi.org/10.1007/s10163-023-01749-x
14 Yahyavi H, Kaykhaii M, Mirmoghaddam M (2016) Critical Reviews in Analytical Chemistry 46:106-121. https://doi.org/10.1080/10408347.2014.985814
15 Vo PHN, Vogel C, Clark SM, Bishop DP, Droas M, Partyka-Jankowska E, Förster MW, Adam C, Strezov V, Nguyen HTM (2026) Journal of Hazardous Materials 509:141978. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.141978
16 Heidler M, Kessen D, Hesper JM, Winter M, Wiemers-Meyer S, Nowak S (2026) Determination of the total fluorine content and quantification of the PVdF binder amount in lithium ion battery materials by combustion ion chromatography. SSRN Preprint. https://doi.org/10.2139/ssrn.6736050
17 Frant MS, Ross JW (1966) Science 154:1553-1555. https://doi.org/10.1126/science.154.3756.1553
18 Frant MS, Ross JW (1968) Analytical Chemistry 40:1169-1171. https://doi.org/10.1021/ac60263a005
19 Wilken A, Kraft V, Girod S, Winter M, Nowak S (2016) Analytical Methods 8:6932-6940. https://doi.org/10.1039/C6AY02264B
20 Borjigin S, Ashimura Y, Yoshioka T, Mizoguchi T (2009) Analytical Sciences 25:1437-1443. https://doi.org/10.2116/analsci.25.1437
21 Izmeritelnaya Tekhnika LLC. Ion-selective electrode ELIS-131F. Data sheet GRBA.418422.015-11 PS [Elektrod ionoselektivnyi ELIS-131F. Pasport GRBA.418422.015-11 PS], Moscow, Russia. (In Russian)
22 Qadir MR, Bruckard WJ, Chen M (2025) Minerals Engineering 234:109703. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2025.109703
23 Ruxton GD (2006) Behavioral Ecology 17:688-690. https://doi.org/10.1093/beheco/ark016
24 Delacre M, Lakens D, Leys C (2017) International Review of Social Psychology 30:92-101. https://doi.org/10.5334/irsp.82
25 Rumble JR (ed) (2023) CRC Handbook of Chemistry and Physics, 104th edition. CRC Press, USA. ISBN: 978-1-032-42520-7
26 Hesper JM, Weigel S, Hintemann JH, Minář J, Winter M, Wiemers-Meyer S, Nowak S (2025) ChemSusChem 18:e202501158. https://doi.org/10.1002/cssc.202501158
27 Gebeyehu KB, Chen L, Fan L, Chao Y, Zhu W (2025) Journal of Environmental Chemical Engineering 13:116174. https://doi.org/10.1016/j.jece.2025.116174
Жүктеулер
Жарияланды
Журналдың саны
Бөлім
Лицензия
Авторлық құқық (c) 2026 М. Сейілбек, А. Танаш, C. Усков, А. Тажибаева, Т. Кан, Ф. Мальчик
Бұл жұмыс Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Дүние жүзінде.
Авторлар өз жұмыстарының авторлық құқықтарын сақтайды және Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0) шарттарымен лицензиялау арқылы журналға осы жұмысты алғаш рет жариялау құқығын береді. Бұл басқа адамдарға жұмыстың авторын көрсете отырып және осы журналдағы бастапқы басылымға сілтеме жасау арқылы таратуға мүмкіндік береді.
