Novel nitrogen-rich hydrogel adsorbent for selective extraction of rare earth elements from wastewater

吸附 废水 萃取(化学) 稀土 氮气 化学 化学工程 环境化学 废物管理 制浆造纸工业 环境科学 色谱法 环境工程 矿物学 有机化学 工程类
作者
Xuyi Wei,Xiaohui Mao,Junwei Han,Wenqing Qin,Hongbo Zeng
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier]
卷期号:479: 135679-135679
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.135679
摘要

Efficient recovery of rare earth elements (REEs) from wastewater is crucial for advancing resource utilization and environmental protection. Herein, a novel nitrogen-rich hydrogel adsorbent (PEI-ALG@KLN) was synthesized by modifying coated kaolinite-alginate composite hydrogels with polyethylenimine through polyelectrolyte interactions and Schiff's base reaction. Various characterizations revealed that the high selective adsorption capacity of Ho (155 mg/g) and Nd (125 mg/g) on PEI-ALG@KLN is due to a combination of REEs (Lewis acids) via coordination interactions with nitrogen-containing functional groups (Lewis bases) and electrostatic interactions; its adsorption capacity remains more than 85 % after five adsorption-desorption cycles. In waste NdFeB magnet hydrometallurgical wastewater, the recovery rate of PEI-ALG@KLN for Nd and Dy can reach more than 93 %, whereas that of Fe is only 5.04 %. Machine learning prediction was used to evaluate adsorbent properties via different predictive models, with the random forest (RF) model showing superior predictive accuracy. The order of significance for adsorption capacity was pH > time > initial concentration > electronegativity > ion radius, as indicated by the RF model feature importance analysis and SHapley Additive exPlanations values. These results confirm that PEI-ALG@KLN has considerable potential in the selective extraction of REEs from wastewater.
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