第一作者：Mohammad Peydayesh
通讯作者：Raffaele Mezzenga
通讯单位：苏黎世联邦理工学院
论文DOI：10.1002/adma.202310642
研究背景
几千年来，黄金一直处于社会发展的中心，起初是因为黄金是珍贵且惰性的金属，而最近，黄金则因其在电子、催化、航空航天、电镀、纳米技术、医药和生物技术等领域的技术应用而备受瞩目。黄金具有优异的导电性、延展性、反射性、生物相容性和稳定性。例如，黄金卓越的导电性使其成为微电子工业中不可或缺的组成部分；而黄金的催化能力则推动了绿色化学的发展并促进了创新。黄金是一种因技术发展而需求旺盛的不可再生资源，因此，从城市固体废物、电子垃圾和工业废水等废弃物中回收黄金变得至关重要，事实上，这也是基于循环经济原则不可避免的战略。电子垃圾是全球增长最快的固体垃圾，预计2023年电子垃圾产量将达到6130万吨。黄金是电子垃圾中最有价值的成分之一，回收黄金可以带来高额利润。然而，目前使用活性炭的吸附方法效率低下且耗费资源，因此，对从电子垃圾中提取黄金的更高效材料的需求一直在不断上升。
内容简介
由于金在各种技术应用中的广泛使用，从电子垃圾中回收金的需求稳步增长。目前的金回收方法是资源密集型的，因此需要开发更有效的提取材料。本研究探索了从乳制品行业副产品乳清中提取的蛋白淀粉样纳米纤维（AF）作为从电子垃圾中回收金的新型吸附剂。为此，制备了AF气凝胶，并评估了其对废旧电气和电子设备（电子垃圾）中存在其他金属的金吸附能力和选择性。结果表明，AF气凝胶具有显著的金吸附能力（166.7 mg g-1）和选择性，这使其成为一种高效的金回收吸附剂。此外，由于金沿(111)面生长，AF气凝胶是将金离子转化为单晶薄片的有效模板。当用合适的溶剂溶解计算机主板后，该工艺可用作从电子垃圾溶液中回收黄金的模板，产生高纯度金块，其中黄金含量约为90.8 wt%（21-22克拉），并含有微量其他金属。该工艺的生命周期评估和技术经济分析最终巩固了从食品副产品中提取蛋白质纳米纤维气凝胶作为一种环保且经济可行的从电子垃圾中回收黄金的方法的潜力。
图文导读
将乳清转化为AF气凝胶并用于从电子垃圾中选择性回收黄金的示意图。
AF气凝胶用于处理浓度大致相同的金属混合物时的除金性能：与其他金属离子相比，AF 气凝胶对金离子具有出色的选择性。值得注意的是，AF气凝胶对金的最大吸附容量从初始金浓度为1 ppm时的0.12 mg g-1增加到初始金浓度为100 000 ppm时的惊人的1887 mg g-1。与AF气凝胶接触仅5分钟后，金浓度就下降了77%，吸附容量为 143 mg g−1，并在30分钟后达到稳定水平，这种突然下降意味着金离子的快速质量转移及其与AF气凝胶结合位点的迅速相互作用。
使用AF气凝胶形成金纳米粒子和晶体：AF不仅能有效去除金离子，还能将这些离子转化为金纳米颗粒和元素单晶薄片。在低浓度金溶液（10 ppm）处理过程中AF气凝胶表面形成了金纳米颗粒。此外，当金溶液的浓度增加到1000 ppm时，AF气凝胶不仅吸附了金，还将金还原为单晶形式。
AF气凝胶处理和回收电子垃圾溶液中的金的性能：用AF处理之前溶液中的金浓度为1.44 ppm，远低于铜或铁等其他金属。然而，即使在这些条件下，AF气凝胶仍表现出卓越的吸附能力，处理后溶液中的金含量降低至0.48 ppm。金去除效率为66.8%，而铜的去除效率仅为15.6%，这再次表明AF气凝胶具有较高的金选择性。
总结与展望
展示了从食品副产品（例如乳清蛋白）中提取的AF气凝胶作为高效选择性吸附剂从电子垃圾中回收黄金的成功应用。AF气凝胶与电子垃圾中存在的其他金属相比，表现出卓越的金吸附能力和选择性，使其成为可持续黄金提取的有前途的材料。此外，AF气凝胶能够在吸附过程中将金离子转化为金纳米颗粒和元素晶体薄片。AF气凝胶用于从溶解计算机主板获得的电子垃圾溶液中回收黄金，从而得到约21-22克拉的高纯度金块。这些发现以及采用现实基准的生命周期评估和技术经济分析表明，AF气凝胶作为一种新型环保方法的潜力，可以满足从电子垃圾中回收黄金的日益增长的需求，为循环经济原则和可持续资源管理做出贡献。
文献链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202310642
2024-09-25
2024-09-24
2024-09-23
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