化材学院卞振锋教授团队在《Nature Chemical Engineering》上发表最新研究成果

近日，国际权威期刊《Nature Chemical Engineering》在线发表了澳门金沙城中心化学与材料科学学院卞振锋教授团队的研究论文《Scalable and selective gold recovery from end-of-life electronics》，针对电子废弃物中多种金属共存的情况，提出了金属表面钝化协同配位的全新策略，利用光催化技术成功实现了电子废弃物中黄金的高效、选择性氧化溶解回收，从根本上避免了贵金属回收过程中重金属离子对水环境的污染。澳门金沙城中心为第一署名单位，商恒军为论文第一作者，卞振锋教授为论文通讯作者。

重要科学问题：

作为战略性资源和关键原材料，贵金属的绿色生产和回收具有极其重要的意义。全球报废电子产品的快速积累对环境造成了灾难性的影响，因为这些宝贵的资源大多被填埋。电子废弃物（e-waste）含有大量的贵金属，以黄金（Au）为例，其含量远远超过天然矿物。从电子废弃物中回收这些金属是一条潜在的可持续发展之路。目前，贵金属的生产和回收主要依赖于王水等强酸湿法氧化法，这些方法会产生大量废水，处理难度极大，严重威胁生态环境和水质安全。因此，贵金属湿法氧化废水的源头控制符合国家“打好水污染防治攻坚战”的重大战略需求。

本文报道了一种绿色、选择性且可持续的贵金属回收策略，从根本上避免了贵金属回收过程中重金属离子对水环境的污染。通过控制CH3CN-H2O体系的pH值，实现金属溶度积调控，成功实现了100%的金（Au）溶解，对成分复杂的电子废弃物中金的选择性高达99.0%。基于原位表征技术和理论计算，证实了调节pH值可以促进˙OH生成更多的˙CN，使金的溶解速率提高了7倍。此外，pH值调节会诱导非贵金属在其表面形成氢氧化物钝化膜，从而抑制其浸出，且溶剂和催化剂可以循环利用。鉴于此，作者设计了集溶解、过滤和溶剂回收于一体的生产设备，可处理10公斤电子废弃物。与传统工艺相比，每处理1公斤电子废弃物可节省高达95.9%的溶剂成本和94.3%的水消耗。Biwer-Heinzle环境评价方法证明了该方法的环境友好性。该工作为从电子废弃物中回收贵金属提供了一种潜在的颠覆性方法，该方法具有大规模应用的潜力，促进了贵金属回收行业的可持续发展。

该团队前期在光催化绿色回收贵金属领域积累了丰富的工作经验，开展了系列创新性的工作，首次提出利用光催化取代传统王水法氧化溶解回收贵金属（Nat. Sustain., 2021, 4, 618-626; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202213640.），阐明了配位降低贵金属氧化电位匹配光催化氧化的新原理，突破了湿法氧化废水的源头控制难题；其次利用催化剂表面配位调控，实现光催化选择性还原贵金属离子（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202302202; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202312734.），从源头上削减了贵金属离子回收过程的废水。

该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、上海市教委和科委的资金支持。

论文链接网址：https://doi.org/10.1038/s44286-023-00026-w.

(供稿、图片：化学与材料科学学院)