【中國(guó)科學(xué)報(bào)】電子廢棄物綠色回收貴金屬研究獲進(jìn)展(2025.12.19)
文章來源:中國(guó)科學(xué)報(bào) 朱漢斌 | 發(fā)布時(shí)間:2025-12-22 | 【打印】 【關(guān)閉】
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在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下,中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所研究員楊改秀/袁浩然團(tuán)隊(duì)聯(lián)合華南理工大學(xué)教授陳燕團(tuán)隊(duì),在電子廢棄物綠色回收貴金屬領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果近日發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)(國(guó)際版)》(Angewandte Chemie International Edition)。

電子廢棄物自催化回收機(jī)理。研究團(tuán)隊(duì)供圖,下同
金和鉑族金屬作為不可再生資源,其稀缺性日益凸顯。傳統(tǒng)的采礦方式不僅加劇了資源的枯竭,還對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞,如生物多樣性喪失、土壤退化、二氧化碳排放增加以及重金屬污染等問題。從電子廢棄物中回收貴金屬,被視為一種可持續(xù)的替代方案,可降低對(duì)原生采礦的依賴。然而,傳統(tǒng)的浸出方法使用王水或氰化物等試劑,會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn),如產(chǎn)生有毒煙霧和導(dǎo)致氰化物暴露等。
隨著“城市采礦”理念逐漸受到關(guān)注,開發(fā)高效且環(huán)境友好的貴金屬回收技術(shù)變得愈發(fā)迫切。目前,催化浸出被認(rèn)為是一種有望在更溫和條件下回收貴金屬的策略。例如,光催化方法、壓電催化法和類芬頓法等,可實(shí)現(xiàn)從二次資源中有效浸出金和鈀。但現(xiàn)有的催化浸出過程仍存在諸多問題,如需要外部催化劑、過渡金屬添加劑或額外的高能量輸入,下游處理過程復(fù)雜,且會(huì)導(dǎo)致污泥產(chǎn)生和能耗較高等。因此,研發(fā)一種更簡(jiǎn)單、更清潔、更可持續(xù)的貴金屬回收方法成為當(dāng)務(wù)之急。

傳統(tǒng)濕法冶金浸出方法與自催化策略的比較。
針對(duì)上述難題,研究人員提出了一種創(chuàng)新的自催化浸出策略。該策略使用過一硫酸氫鉀(PMS)和氯化鉀(KCl)混合水溶液,在無需外部催化劑的條件下實(shí)現(xiàn)貴金屬回收。在常溫環(huán)境下,這一體系能在20分鐘內(nèi)使金實(shí)現(xiàn)近乎完全溶解,溶解率超過98.2%。這一過程由貴金屬自身驅(qū)動(dòng),激活PMS和Cl-,生成單線態(tài)氧和微量次氯酸,二者協(xié)同作用將金氧化為更高價(jià)態(tài),進(jìn)而促進(jìn)Cl-配位萃取。經(jīng)濟(jì)分析表明,該體系在實(shí)際電子垃圾處理中具有顯著的可行性,能耗大幅降低約62.5%,試劑成本也顯著降低約93.2%。
為確定最佳回收條件并闡明反應(yīng)機(jī)理,研究人員首先以負(fù)載于二氧化硅(SiO2)或二氧化鈦基底的Au/Pd模型電子廢物開展浸出實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,金在這種PMS/KCl溶液中被成功浸出,溶解率可達(dá)98.2%。通過正交試驗(yàn),研究人員篩選出了最適的PMS、KCl反應(yīng)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,金在不同pH、多種配體等條件下也實(shí)現(xiàn)了高浸出率。同時(shí),該體系還成功擴(kuò)展到了貴金屬鈀的浸出,溶解率可達(dá)93.4%。與其他濕法冶金工藝相比,這是目前報(bào)道的最有效的貴金屬浸出體系之一,在可擴(kuò)展性方面具有顯著潛力。
研究人員通過系統(tǒng)性的猝滅實(shí)驗(yàn)和光譜分析,深入闡明了該浸出體系的反應(yīng)機(jī)理。首先,在Au@SiO2/PMS/KCl體系的浸出過程中,添加雙酚A(BPA)作為競(jìng)爭(zhēng)分子。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),BPA的加入使金的浸出率從100%顯著降低至約15.7%,同時(shí),添加的BPA在10分鐘內(nèi)降解率超過96.2%。BPA降解與金溶解的競(jìng)爭(zhēng)性關(guān)聯(lián)證實(shí),主導(dǎo)金氧化溶解的是PMS產(chǎn)生的活性物種,而非PMS的直接氧化作用。通過猝滅劑鑒定以及電子順磁共振測(cè)試,研究人員發(fā)現(xiàn)微量次氯酸是體系中的次要活性物種,單線態(tài)氧是該體系中的主導(dǎo)活性物種。隨后,通過紫外-可見光譜觀察到Au@SiO2/PMS/KCl體系溶液中出現(xiàn)[AuCl4]-濃度依賴的特征光譜,證實(shí)了浸出液中[AuCl4]-配合物的形成。通過電化學(xué)阻抗譜方法,進(jìn)一步驗(yàn)證了Cl-的配位作用。
該研究深入揭示了自催化生成的活性物質(zhì)在金屬浸出中的作用,為電子廢棄物中貴金屬的資源循環(huán)利用提供了一種更可持續(xù)、更高效的回收方法,有望推動(dòng)貴金屬回收行業(yè)向綠色、環(huán)保方向發(fā)展。
相關(guān)論文信息:https://doi.org/10.1002/anie.202523660
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