從電子垃圾中提取金 (Au) 既有環(huán)境影響，又有內(nèi)在價(jià)值。不當(dāng)?shù)碾娮永幚頃?huì)帶來(lái)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，需要大量的補(bǔ)救和醫(yī)療費(fèi)用。人們投入大量精力從電子垃圾中回收金，采用復(fù)雜的工藝，包括溶解金、將其吸附在離子狀態(tài)下，然后還原為金屬金。這些工藝本身很復(fù)雜，而且使用刺激性化學(xué)物質(zhì)，這加劇了電子垃圾對(duì)環(huán)境的影響。在這里，我們提出了一種同時(shí)從電子垃圾中回收和還原 Au3+ 和 Au+ 離子以產(chǎn)生固體 Au0 形式的方法，從而跳過(guò)了幾個(gè)技術(shù)步驟。我們通過(guò)二維氧化石墨烯和一維殼聚糖大分子的自組裝開發(fā)了一種納米級(jí)跨維度復(fù)合材料，能夠同時(shí)充當(dāng)金離子的清除劑和還原劑。這種多維結(jié)構(gòu)不需要施加任何電壓來(lái)吸附和還原金，而僅依賴于異質(zhì) GO/CS 納米結(jié)構(gòu)中金離子的化學(xué)吸附動(dòng)力學(xué)及其在多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)上的化學(xué)還原。離子吸附中的協(xié)同現(xiàn)象是金提取效率極高的原因。提取容量達(dá)到 Au3+ 的 16.8 g/g 和 Au+ 的 6.2 g/g，是任何現(xiàn)有金吸附劑所能提供的容量的十倍。效率高于 99.5 wt.%（當(dāng)前限制為 75 wt.%），提取能力可低至 3 ppm 的極低濃度。
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圖 1. GO/殼聚糖海綿用于金的吸附和過(guò)濾。（A）通過(guò)密度泛函理論計(jì)算優(yōu)化的 CS⋅⋅⋅GO 復(fù)合物的幾何形狀。（B）用于超快速高效吸附/提取金的 GO/CS 海綿示意圖，δ = 1 或 3。（C）GO/CS5 海綿的 SEM 圖像。（D）照片顯示了裝入注射器的 GO/CS 海綿（左），然后加入 5 mL 200 ppm Au3+ 溶液（中）以及過(guò)濾前后實(shí)時(shí)顏色變化的可視化（右）。2.5 mg 海綿吸附劑以 0.14 g/g min 的吸附速率（詳見 SI 附錄表 S1）從 5 mL 中提取 200 ppm 的金需要大約 2.86 分鐘。
圖 2. Au3+ 化學(xué)吸附的提取能力、熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。（A）在 6,800 ppm Au3+ 中浸泡 1 小時(shí)后，金提取能力與 CS:GO 質(zhì)量比的關(guān)系，紅色 — GO/CS 海綿，灰色 — 純 CS 海綿。插圖：顯示比例小于 5 時(shí)的 GO/CS 混合物的照片。（B）在 8,170 ppm Au3+ 中浸泡 1 小時(shí)后，在不同 pH 下制備的 GO/CS10 的提取能力。（C）可重復(fù)使用性測(cè)試顯示 GO/CS10 海綿在 5 個(gè)循環(huán)吸附-解吸程序后的金提取能力。解吸是通過(guò)超聲波槽中的清洗和超聲處理實(shí)現(xiàn)的（D）通過(guò) GO/CS10 海綿在 200 ppm Au3+ 中浸泡 1 小時(shí)后濃度平衡常數(shù) (Kc) 隨溫度變化的提取熱力學(xué)研究。 (E) pH 為 5 的 GO/CS10 海綿在濃度范圍為 2 ppm 至 100 ppm 的 Au3+ 水溶液中浸泡 1 小時(shí)后的萃取能力，由 Hill 模型擬合（紅線）。插圖：GO/CS10 海綿的照片。（比例尺，3 毫米。）（F）GO/CS10 海綿擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)擬合結(jié)果。
圖3. GO/CS海綿對(duì)Au+和Au3+的提取和還原。 (A和B) GO/CS海綿吸附Au3+ (A)和Au+ (B)的SEM/EDX圖像，EDX映射顯示金元素為黃色。 (C和D) Au3+ (A)和Au+ (B)吸附后原始GO、CS和GO/CS海綿上金納米粒子的4f XPS光譜。 (E) 通過(guò)密度泛函理論計(jì)算優(yōu)化的CS2+…Au3+…GO2− (左)和CS2+…Au+…GO2− (右)復(fù)合物的最穩(wěn)定幾何形狀。原子顏色符號(hào)：C—灰色，H—白色，O—紅色，H—白色，Au—黃色。 (F) 在Au3+（球體）和Au+（四面體）濃度、萃取平衡時(shí)間和萃取容量方面的金提取性能比較（詳情請(qǐng)參閱SI附錄，表S3）。插圖：通過(guò) SEM/EDX 對(duì) GO/CS 海綿進(jìn)行元素分析。
圖 4. 從電子垃圾中提取黃金。（A）從電子垃圾中提取黃金的工業(yè)電解過(guò)程示意圖，通常涉及電化學(xué)過(guò)程和廢物處理。（B）經(jīng)過(guò) SG Recycle Group SG3R, Pte, Ltd. 提供的電解過(guò)程后，廢物混合物的成分中通常含有無(wú)法回收的金殘留物，測(cè)得的含量為 3.1 ppm。（C）在 pH 值為 8.8 的情況下用 GO/CS 海綿進(jìn)行電解和廢物處理后，廢物混合物的成分會(huì)進(jìn)一步改變。該處理過(guò)程旨在提高從廢物混合物中回收鐵等金屬的效率，但不回收金。（D）將 pH 值調(diào)節(jié)至 3 后，用 GO/CS 海綿對(duì)廢物混合物進(jìn)行順序處理，從而從廢物混合物中完全回收殘留的金。所有實(shí)驗(yàn)中，每次處理的浸泡時(shí)間為 1 小時(shí)。
相關(guān)科研成果由新加坡國(guó)立大學(xué)Daria V. Andreeva，Kostya S. Novoselov等人于2024年發(fā)表在PNAS（https://doi.org/10.1073/pnas.2414449121）上。原文：Graphene/chitosan nanoreactors for ultrafast and precise recovery and catalytic conversion of gold from electronic waste
原文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2414449121
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
