与有机配体复合的重金属是威胁全球水安全的最重要的致癌物之一。长期以来，现有技术一直未能高效且经济地去除和回收这些金属。
2024年12月30日，同济大学王志伟教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Strongly coordinating mediator enables single-step resource recovery from heavy metal-organic complexes in wastewater》的研究论文，Wei Shi为论文第一作者，王志伟教授为论文通讯作者。
王志伟，同济大学环境科学与工程学院教授，国家杰青（2019），教育部首批青年长江学者（2015）。2003年和2007年获得同济大学学士和博士学位，2008年留校工作，2013年晋升为博导，2014年晋升为教授，2021年担任环境科学与工程学院院长。
王志伟教授的研究方向为1. 膜法污水处理/资源化理论与技术；2. 膜生物反应器处理理论与技术；3. 工业园区污水深度处理与资源化。
在这里，作者展示了一种协调基于介体的电还原（CMBER）策略，用于从被重金属有机复合物污染的废水中一步回收重金属。
在CMBER中，与传统配体相比，偕胺肟具有优异的配位能力，通过偕胺肟化反应将其固定到同时充当过滤装置的流通电极上。
这种独特的工艺无需外部能量输入即可自发地从复合物中捕获偕胺肟的-N-OH和-NH2基团上的重金属离子（偕胺肟介体与 Cu(II) 的ΔG：-6.59 eV），然后直接原位电还原回收金属。
被捕获的Cu(II)还原为Cu(0)可再生偕胺肟的活性位点，从而能够连续捕获Cu(II)。
CMBER系统在3 V电压和250 L m−2 h−1水通量下运行，Cu(II)回收率达到97.6%，能源效率为 340.1 g kWh−1。这种能源效率明显优于现有技术，提高了近五倍。
CMBER为经济高效的资源回收和水净化开辟了新维度。
图1：基于强配位介体的电还原（CMBER）策略用于高效回收重金属
图2：偕胺肟介体功能化的电极（APCF）的表征和电化学性能
图3：CMBER中重金属-乙二胺四乙酸（EDTA）的捕获和电化学回收
图4：CMBER中Cu回收的机制
图5：CMBER中Cu回收的拟议途径
图6：CMBER对Cu(II)回收的适用性分析
综上，作者介绍了一种名为协调基于介体的电还原（CMBER）的策略，用于从含有重金属-有机复合物的废水中单步回收重金属。该研究的成果表明，CMBER系统在3V电压和250 L m−2 h−1的水通量下，实现了97.6%的Cu(II)回收率，并展示了340.1 g kWh−1的能量效率，显著优于现有技术，为经济高效的资源回收和水净化开辟了新的途径。
CMBER技术的应用前景广阔，尤其是在电子、化工和其他工业领域，这些领域在生产过程中会产生含有重金属-有机复合物的废水。该技术可以作为这些行业废水处理的标准解决方案，帮助它们减少环境污染的同时回收有价值的金属资源。此外，CMBER技术还可以应用于芯片制造等实际工业废水的处理，显示出其在现实世界应用中的潜力。随着对环保和资源效率的日益关注，CMBER技术有望在全球范围内得到推广和应用。
Shi, W., Li, J., Gao, F.et al. Strongly coordinating mediator enables single-step resource recovery from heavy metal-organic complexes in wastewater. Nat Commun 15, 10828 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-55174-1
