厉害！《PNAS》：从电子垃圾中低成本高效回收贵金属

随着科技的快速发展，电子产品使用量日益增多，而其产生的电子垃圾也不可避免，比如印刷电路板（PCB），全球总量约5,000万吨，每年以8.8％的速率在增长。尽管PCB中含有很多贵金属，甚至比矿山中还要多，但其中80％的废物仍将运往垃圾填埋场，主要是因为缺乏选择性，高产率的非氰化物回收工艺。当前城市采矿的一种方法是基于火法冶金，产生有害废物。这种方法目前在发展中国家中使用得比较多。湿法冶金可提供所需的选择性，因为使用溶液法更环保，而生物冶金方法仍然难以掌握。近年来，也有一些报道贵金属的吸附剂，但是这些材料测试通常是局限在纯金属溶液中而没有竞争金属的参与，难以实现优异的选择性，并且对实际的电子垃圾或废水中贵金属的回收也很少研究，如何高效选择性地从电子垃圾中回收贵金属一直困扰着科学家们。

近日，韩国科学技术高等研究院的研究人员报道了一种具有高度多孔性、优异稳定性并且制备方法简便的卟啉基共价有机聚合物网络（COP-180）用于从电子垃圾中回收贵金属。该纳米多孔共价有机聚合物分两步法合成，由广泛可得的单体合成，无需使用昂贵的催化剂，并且可以大规模制备而不会失活。通过还原性捕获机制，可回收金的含量达到理论极限的10倍，为1.62 g/g。在最初的30分钟内即实现99％的吸收，金属吸附到了多孔聚合物后可以快速解吸附并重复使用该聚合物能够在具有63种竞争金属的基质中捕捉超过理论10倍的黄金，达到了创纪录的高水平，并且多次循环后而没有表现出活性的缺失。且成本低，效益高！相关研究工作以“Precious metal recovery from electronic waste by a porous porphyrin polymer”为题发表在国际顶级期刊《PNAS》上。

论文链接：

https://www.pnas.org/content/early/2020/06/17/2000606117

图1. COP-180材料的制备及相关表征

图2. STEM照片：COP-180吸附金(a)和铂(b)以及纯COP-180(c)

图3. COP-180对贵金属的吸附和解吸附测试研究

BET测试得到比表面积为704 m² g^–1，分层结构，平均孔径为15 nm。单金属吸附测试，在贵金属溶液测试中，各贵金属吸附量为：金（21.6%）、银（8.5%）、铜（4.1%）、钯（2.1%），而其他的竞争离子，例如镍，吸收量非常低(0.04%)。

图4 Au, Pt, Cu在COP-180上吸附的DFT计算

图5 在包含元素周期表中各种普通金属和从实际电子电路板上捕获金的混合物中测试COP-180

在具有竞争性离子混合物测试中，对贵金属显示出高选择性，如金吸附效率为98.8%，钯为99.4%，铂为99.7%，而其他普通元素则低于3%。

综上所述，作者制备出一种共价有机聚合物COP-180用于从电子垃圾中回收贵金属（如金），这种材料可以从63种竞争金属的混合溶液中捕获的金含量几乎是理论值的10倍，并且吸附剂可以多次使用而不会失效。每克COP-180的成本为5美元，但可以回收的黄金价值达到64美元，这不仅有效利用了资源，而且能产生巨大的经济效益！（文：嘉一）