A new type of collaborative extractants consisting of the ionic liquid (IL) 1-aminoprooyl-3-methylimidazolium bis((trifluoromethyl)sulfonyl)imide, ([APMIM][Tf₂N]) and Cyanex 923 (C923) is first applied for selective extraction of valuable metals from spent lithium-ion batteries (LIBs). The one-stage extraction efficiencies of Co²⁺, Ni²⁺ and Mn²⁺ are up to 99.87 %, 97.74 %, 99.98 %, respectively, at the optimal conditions, and the high-purity Li⁺ was enriched at the raffinate. It is found that the extraction process follows the so-called “cation exchange mechanism”, and the molecular-level mechanism is revealed via quantum chemical (QC) calculations. The findings show that C923 plays the role of coordinating with metal ions, the cation of IL exchanges metal ions from the aqueous to organic phases, and the anion [Tf₂N]^- of IL can stabilize the complex species of metal ion-[Tf₂N]^--C923 in organic phase. This work provides new insights for the design of novel IL-based extractants for the recycling of spent LIBs.

中文翻译：

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从废旧锂离子电池中基于离子液体回收有价金属的实验和分子见解


一种由离子液体 （IL） 1-氨基酰基-3-甲基咪唑鎓双（（三氟甲基）磺酰基）酰亚胺 （[APMIM][Tf₂N]） 和 Cyanex 923 （C923） 组成的新型协同萃取剂首次应用于从废旧锂离子电池 （LIB） 中选择性提取有价金属。在最佳条件下，Co²⁺、Ni²⁺ 和 Mn²⁺ 的一步提取效率分别高达 99.87 %、97.74 %、99.98 %，并且高纯度 Li⁺ 在抽余液中富集。研究发现，提取过程遵循所谓的“阳离子交换机制”，分子水平的机制通过量子化学 （QC） 计算揭示。研究结果表明，C923 起与金属离子配位的作用，IL 的阳离子将金属离子从水相交换为有机相，IL 的阴离子 [Tf₂N]^-可以稳定有机相中的金属离子-[Tf₂N]^--C923 的络合种类。这项工作为设计用于回收废 LIB 的新型 IL 基萃取剂提供了新的见解。