纳米气泡辅助浮选动力学：电极材料回收效率的界面机制与模型优化

本文创新性地研究了表面纳米气泡(SNBs)对电极材料浮选动力学的增强机制，通过双温度实验设计(25°C vs 30°C)结合六种动力学模型拟合，证实SNBs可使可燃物回收率提升7.41-8.54个百分点。研究发现矩形分布二阶模型(R2>0.98)最优，且SNBs通过诱导石墨颗粒聚集显著提高浮选速率常数(k)和修正速率常数(kM)，为新能源材料回收提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过加热4°C储存72小时后的冷水至30°C生成表面纳米气泡(SNBs)，系统比较了常规浮选与SNBs辅助浮选中电极材料的动力学差异。光学显微镜观测揭示了SNBs引发石墨颗粒显著聚集的现象，这种"纳米桥接"效应使颗粒-气泡碰撞概率提升60-75%，尤其对<20μm细颗粒效果显著。

Materials

实验采用原始石墨粉与钴酸锂(LiCoO₂)粉末(质量比0.8:0.2)，通过DCA-100接触角测量仪分析表面润湿性。SNBs生成采用"冷热震荡法"：将4°C储存72小时的超纯水升温至30°C，此过程诱导溶解气体析出形成高稳定性纳米气泡。

Flotation results

30°C处理组的可燃物回收率在2-8分钟内持续领先7.41-8.54个百分点。动力学分析显示，除Model 3外所有模型的速率常数(k)和修正常数(k_M)均显著提高，其中矩形分布二阶模型拟合优度R²>0.98，证实SNBs通过双重机制——既增强疏水性差异又提高碰撞频率来优化分选效率。

Conclusion

研究表明SNBs通过改变固-液界面特性使浮选速率提升2.3倍，最大回收率增加15.6%。这种"纳米气泡模板效应"为新能源器件中电极材料的绿色回收提供了新策略，未来可拓展至锂离子电池等电子废弃物的资源化利用。