Химики Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая предложили эффективный, экологический и более безопасный способ извлечения золота из электронных отходов. Для этого ученые разработали двумерные органические каркасы с встроенными «наноловушками». Эти ловушки захватывают ионы золота и при облучении видимым светом восстанавливают их до чистого металла. Результаты экспериментов показали, что новый способ позволяет успешно извлечь до 99,2 % золота из электронных отходов даже при наличии высоких концентраций других примесей.
Исследования поддержаны федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Advanced Materials (Q1, IF: 26,8).
Золото – это не только драгоценный металл, но и незаменимый материал с широким спектром применений – от электроники до хранения энергии и катализа. По подсчетам ученых к 2030 году мировые запасы электронных отходов вырастут до 82 миллионов тонн, большая часть которых является ценным источником золота. Поэтому его извлечение из электронных отходов – одна из важных задач современной перерабатывающей отрасли. Традиционные технологии извлечения золота требуют использования агрессивных химикатов и энергоемких процессов. Кроме того, такие методы часто обладают низкой эффективностью и селективностью (способностью избирательно извлекать один вид металлов из смеси – ред.).
Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха совместно с коллегами из Китая предложили новый способ извлечения золота с помощью ковалентных органических каркасов (COF), химических «губок», внутри пор которых «встроены» винилазольные мостики.
Мы создали и исследовали три COF-структуры с различными вариантами азольных мостиков – с атомами азота, кислорода и серы. Они усилили электростатическое взаимодействие и обеспечили высокую селективность к золоту. Это делает нашу технологию более экологичной, поскольку для ее работы не нужны агрессивные химикаты. А структура COF позволяет сделать процесс переработки управляемым и увеличить его эффективность,
— объясняет один из ведущих авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Чтобы понять механизм, ученые провели XPS анализ COF с и без золота, а также квантово-механическое моделирование этих структур. Реакция проходила под действием видимого света, который запустил фотокаталитическое восстановление золота внутри пор. Результаты исследования показали, что разработанные COF могут эффективно адсорбировать 99,2 % золота, причем разработанный материал способен захватывать золото массой в 4,6 раза превышающей его собственный вес. При этом разработку можно использовать для работы с примесями (растворами золота, меди, никеля и других элементов), и она сохраняет свою эффективность, даже когда доля примеси значительно выше.
Разработанные COF-структуры способны извлекать почти все золото даже при очень низкой концентрации золота и больших долях конкурирующих металлов в примеси. Благодаря структуре с виниловыми связями материал сохраняет исключительную химическую устойчивость и стабильность как в сильнокислых, так и в щелочных средах. Эти COF можно использовать многократно: эффективность сохраняется в течение пяти циклов сорбции-десорбции,
— добавляет ученый.
В исследовании приняли участие ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха, Чжэцзянского научно-технического университета (Китай) и Института технологии материалов и инжиниринга Нинбо Китайской академии наук.