從電子垃圾 （e-waste） 中提取金 （Au） 既有環(huán)境影響，也有內(nèi)在價值。電子垃圾處理不當(dāng)會帶來環(huán)境和健康風(fēng)險，帶來大量的補救和醫(yī)療保健成本。人們使用復(fù)雜的過程從電子垃圾中回收 Au，包括 Au 的溶解、在離子狀態(tài)下的吸附以及隨后還原成金屬 Au。這些過程本身很復(fù)雜，并且使用刺激性化學(xué)品，會加劇電子垃圾對環(huán)境的影響。在這里，提出了一種從電子垃圾中同時回收和還原 Au
3+ 和 Au
+ 離子以產(chǎn)生固體 Au
0 形式的方法，從而跳過了幾個技術(shù)步驟。我們通過二維氧化石墨烯和一維殼聚糖大分子的自組裝開發(fā)了一種納米級跨維復(fù)合材料，能夠同時作為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吸附和還原 Au，并且僅依賴于 Au 離子在異質(zhì) GO/CS 納米限制中的化學(xué)吸附動力學(xué)及其在多個結(jié)合位點上的化學(xué)還原。離子吸收中的協(xié)同現(xiàn)象是導(dǎo)致金提取效率極高的原因。Au
3+ 的提取能力達到 16.8 g/g，Au
+ 的提取能力達到 6.2 g/g，這比任何現(xiàn)有金吸附劑所能提出的要大十倍。效率高于 99.5 wt.%（電流限制為 75 wt.%），提取能力低至 3 ppm 的極低濃度。
Fig 1. GO/殼聚糖海綿用于黃金吸附和過濾。（A） 通過密度泛函理論計算優(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/CS
5 海綿的 SEM 圖像。（D） 照片顯示了在注射器中填充 GO/CS 海綿（左），然后添加 5 mL 200 ppm Au
3+ 溶液（中）和過濾前后實時顏色變化的可視化（右）。2.5 mg 海綿吸附劑大約需要 2.86 min，吸附速率為 0.14 g/g min，從 5 mL 中提取 200 ppm 的金。
Fig 2. Au
3+ 化學(xué)吸附的提取能力、熱力學(xué)和動力學(xué)。（A） 在 6,800 ppm 的 Au
3+ 中浸泡 1 小時后，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：顯示比率小于 5 時的 GO/CS 混合物的照片。（B） 在 8,170 ppm Au
3+ 中浸泡 1 小時后，在不同 pH 值下制備的 GO/CS
10 的提取能力。（C） 可重復(fù)使用性測試顯示 GO/CS
10 海綿在 5 次循環(huán)吸附-脫附程序后的金提取能力。通過在超聲波浴中清洗和超聲處理來實現(xiàn)解吸 （D） 通過濃度平衡常數(shù)
（KC） 萃取熱力學(xué)研究 GO/CS
10 海綿在 200 ppm Au
3+ 中浸泡 1 小時后對溫度的依賴性。（E） 在 pH 值為 5 的 GO/CS
10 海綿浸入 Au
3+ 水溶液中 1 小時后的提取能力濃度范圍為 2 ppm 至 100 ppm，由 Hill 模型擬合（紅線）。插圖：GO/CS
10 海綿的照片。（比例尺，3 毫米。（F） GO/CS
10 海綿的準一級反應(yīng)的動力學(xué)擬合結(jié)果。
Fig 3. GO/CS 海綿對 Au
+ 和 Au
3+ 的提取和還原。（A 和 B） GO/CS 海綿吸附 Au
3+ （A） 和 Au
+ （B） 的 SEM/EDX 圖像，EDX 映射將金元素顯示為黃色。（C 和 D） Au
3+ （A） 和 Au
+ （B） 吸附后原始 GO、CS 和 GO/CS 海綿上金納米顆粒的 4f XPS 光譜。（E） CS
2+... 最穩(wěn)定的幾何形狀A(yù)u
3+...GO
2−（左）和 CS
2+...金
+...GO
2−（右）通過密度泛函理論計算優(yōu)化的復(fù)合物。原子顏色表示法：C—灰色、H—白色、O—紅色、H—白色、Au—黃色。（F） 金
3+（球體）和 Au
+（四面體）濃度、提取平衡時間和提取能力方面的金提取性能比較,插入：通過 SEM/EDX 對 GO/CS 海綿進行元素分析。
Fig 4. 從電子垃圾中提取黃金。（A） 從電子廢物中提取金的工業(yè)電解沉積工藝的示意圖，通常涉及電化學(xué)過程和廢物處理。（B） 在 SG Recycle Group SG3R， Pte， Ltd. 提供的電解沉積工藝之后，廢料混合物的成分通常包含無法回收的金殘留物，測量值為 3.1 ppm。（C） 在 pH 值為 8.8 的情況下使用 GO/CS 海綿進行電解沉積和廢物處理后，廢物混合物的成分發(fā)生進一步變化。該處理過程旨在提高從廢料混合物中回收金屬，例如鐵，而不是 Au。（D） 將 pH 值調(diào)節(jié)至 3 后，用 GO/CS 海綿對廢液混合物進行順序處理，從而從廢液混合物中完全回收殘留的 Au。對于所有實驗，每個處理的浸泡期為 1 小時。
相關(guān)研究工作由新加坡國立大學(xué)Daria V. Andreeva課題組于2024年在線發(fā)表在《PNAS》期刊上，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
