Источник: ютуб-канал Сергей-мастер
Исследователи из Томского политехнического университета в кооперации с китайскими специалистами разработали высокоэффективный и экологичный метод получения золота из электронного лома. В основе технологии лежат специальные двумерные пористые органические структуры, содержащие встроенные «наноловушки».
Виктор Сергеев
Эти элементы селективно связывают ионы золота, которые затем под действием видимого света восстанавливаются до чистого металла. Согласно экспериментальным данным, данный подход обеспечивает извлечение до 99,2% золота даже из сложных смесей с высоким содержанием посторонних примесей.
Работа выполнена при поддержке программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» в рамках национального проекта «Молодежь и дети». Научная статья с результатами опубликована в высокорейтинговом журнале Advanced Materials (Q1, импакт-фактор: 26,8).
Инновационное решение на основе ковалентных органических каркасов (COF)
Золото представляет собой не только ювелирный материал, но и критически важный компонент для многих отраслей – от микроэлектроники и катализа до систем хранения энергии. Согласно прогнозам, к 2030 году глобальный объем электронных отходов достигнет 82 миллионов тонн, что делает их значимым ресурсом для рекуперации золота. Таким образом, разработка методов его извлечения из лома является актуальной задачей для перерабатывающей промышленности. Классические гидрометаллургические технологии часто сопряжены с применением высокотоксичных реагентов и энергозатратных процессов, а также характеризуются недостаточной эффективностью и низкой селективностью (способностью к избирательному извлечению целевого металла из смеси).
Коллектив ученых Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ совместно с китайскими партнерами предложил инновационное решение на основе ковалентных органических каркасов (COF). Эти материалы, напоминающие химические «губки», содержат в своих порах специальные винилазольные функциональные группы.
«Нами были синтезированы и изучены три варианта COF-структур с различными типами азольных мостиков – содержащих атомы азота, кислорода и серы. Эти модификации усилили электростатическое взаимодействие с ионами золота, обеспечив высокую селективность процесса. Технология является более безопасной для окружающей среды, поскольку не требует применения агрессивных химикатов. Контролируемая пористая структура каркасов позволяет управлять процессом и повышать его общую эффективность», – поясняет один из ведущих авторов работы, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Извлекают практически все золото
Для изучения механизма взаимодействия специалисты провели рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) образцов до и после сорбции золота, а также выполнили их квантово-механическое моделирование. Восстановление металла происходило в порах материала в результате фотокаталитической реакции, инициируемой видимым светом. Результаты показали, что созданные COF способны адсорбировать до 99,2% золота, при этом сорбционная емкость материала составляет 4,6 грамма золота на грамм сорбента. Разработка демонстрирует эффективность в работе с многокомпонентными растворами, содержащими медь, никель и другие металлы, и сохраняет функциональность даже при значительном преобладании конкурирующих примесей.
«Синтезированные COF-структуры извлекают практически всё золото даже из растворов с его ультранизкой концентрацией и большим избытком других металлов. Наличие винильных связей в структуре обеспечивает материалу исключительную химическую стабильность как в сильнокислых, так и в щелочных условиях. Эти сорбенты являются многоразовыми: их эффективность остается неизменной на протяжении как минимум пяти последовательных циклов сорбции-десорбции», – дополняет ученый.