Título
Recuperación de metales a partir de baterías níquel-hidruro metálico usando disolventes eutécticos profundos
Autor
Midori Landa
Colaborador
MARIA GUADALUPE MONTES DE OCA YEMHA (Asesor de tesis)
Jorge Iván Aldana (Asesor de tesis)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Resumen o descripción
113 páginas. Maestría en Ciencias e Ingeniería de Materiales.
Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México).
El presente proyecto de investigación, se enfocó en el recobró de la aleación Co-Ni a partir de la lixiviación de los electrodos de las baterías Níquel-Metal Hidruro, Ni-MH, por medio de disolventes eutécticos profundos (DEP) a base de cloruro de colina (ChCl). Estos DEP no representan un problema de contaminación para el medio ambiente, porque son biodegradables. Se ha probado que los DEP disuelven óxidos metálicos, tomando lo anterior como una ventaja, en esta investigación la lixiviación fue realizada usando DEP a temperatura constante y tiempo variable del proceso. Los lixiviados de los polvos de los cátodos fueron analizados mediante espectroscopía de absorción atómica, donde el lixiviado de 24 h a 95 °C presentó 84% de Ni y 53.1% de Co con respecto a la capacidad lixiviante de una disolución acuosa de 2.0 M H2SO4. A los lixiviados se estudiaron usando técnicas electroquímicas, Voltamperometría Cíclica (VC) y Cronoamperometría (CA), para la obtención de los transitorios potenciostáticos de corriente de cada DEP a base de ChCl. A partir de estos resultados se determinó la cinética de nucleación y crecimiento de la aleación Co-Ni sobre el electrodo de carbón vítreo. Se muestra que los transitorios son descritos por un modelo que involucra la presencia de dos procesos que ocurren simultáneamente; la electroformación de la aleación Co-Ni mediante la nucleación y crecimiento controlado por la difusión de fases bimetálicas [1] y la reducción de agua residual en el DEP [2] sobre la superficie en crecimiento de estos núcleos. Los electrodepósitos fueron caracterizados por Espectroscopía de Energía Dispersa de Rayos X (EDX) y Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), donde se revela la presencia de la aleación Co-Ni con morfología esférica. Más aún, el estudio electroquímico de cada metal (Co y Ni) por separado a las mismas condiciones que los lixiviados, confirma la electrodeposición de la aleación. También, el electrodepósito de Co fue estudiado a partir del DEP en diferentes sustratos, carbón vítreo, Au/Ti/Si y Pt policristalino. Los transitorios potenciostáticos de corriente obtenidos con el electrodo de carbón vítreo fueron analizados con el modelo de Palomar-Pardavé et al, mientras que los transitorios con los electrodos de Au/Ti/Si y Pt policristalino fueron ajustados con el modelo descrito por Mejía-Caballero et al. La caracterización por MEB del electrodepósito de Co sobre Au/Ti/Si, muestra una morfología de laminillas entre cruzadas dando una forma reticular, de aspecto tridimensional, 3D. El patrón de DRX y las mediciones de Espectroscopía de Fotoelectrones Emitidos de Rayos X (XPS) realizado a la misma muestra tiene picos asociados al Co hexagonal. Los electrodepósitos preparados a potenciales más negativos que el máximo catódico, muestran la presencia de complejo de hidróxido de cobalto, Co(OH)2 tanto en DRX como en XPS, que confirma el modelo utilizado para su análisis de nucleación y crecimiento de cúmulos metálicos con la reducción de agua.
The present research proyect focused on the recovery of the Co-Ni alloy from the powders collected from both electrodes in Ni-Metal Hydride, Ni-MH, wasted batteries, through leaching with choline chloride-based deep eutectic solvents (ChCl-DES), which ultimately are not an environmental contamination problem, since they have proven to be biodegradable, although knowledge reveals that the DESs dissolve metal oxides. With this information, the leaching experiments here were then carried out exclusively on spent batteries powders at constant temperature, although varying the processing time. Analysis of the cathode powders leacheates was done through atomic absorption spectroscopy (AAS), attaining the following: leaching for 24 h at 95 °C gave out 84% Ni and 53.1% Co referred to the leaching capacity of a 2.0 M H₂SO₄ solution. Further, the leachates were subjected to cyclic voltammetry (CV) and chronoamperometry (CA) studies to obtain experimental potentiostatic current density transients of each ChCl-DES processed, from which the nucleation and growth kinetics of the Co-Ni alloys was determined over the glassy carbon electrode. It was shown that the transients are appropriately described by a model involving the presence of two processes occurring simultaneously; namely, the electroformation of the Co-Ni alloy by means of diffusion controlled-nucleation and growth of the bimetal phases [1], and the DES residual water reduction [2] on the surface of nuclei during growth. The electrodeposits were characterized by means of X-rays Energy Dispersive Spectroscopy (EDX) and Scanning Electron Microscopy (MEB) that revealed the presence of the Co-Ni alloy with spheric morphology. Furthermore, the electrochemical study of each separate metal (Co and Ni) under the same conditions as the leacheates, confirmed the alloy electrodeposition. Also, the Co electrodeposition was studied from the DES on different substrates, namely: glassy carbon, Au/Ti/Si and a Pt polycrystal. The potentiostatic current transients obtained on the glassy carbon electrode were analyzed aided by the Palomar-Pardavé et al., models [2] whereas the experimental data transients obtained using the Au/Ti/Si and the Pt polycrystal were fitted using the model described by Mejía-Caballero et al. [3] The Co electrodeposited on the Au/Ti/Si was characterized by MEB, which displayed a traversing lamellar morphology forming what looked like a 3D lattice. The DRX pattern and the results from X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) carried out on the same sample, exhibited peaks associated with hexagonal Co. The electrodeposits prepared at more negative potentials than that of the cathodic maximum cathodic revealed the presence of the cobalt hydroxide, Co(OH)₂ complex, corroborated by DRX and XPS.
Editor
Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información.
Fecha de publicación
septiembre de 2018
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Repositorio Orígen
Repositorio Institucional Zaloamati
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