記者近日從江南大學(xué)獲悉,該?;瘜W(xué)與材料工程學(xué)院教授劉天西、林歆怡團(tuán)隊(duì)在貴金屬高效綠色回收領(lǐng)域取得重要突破。他們巧妙模仿自然界的光合作用機(jī)制,設(shè)計(jì)出一種可在光照下原位再生的吸附材料,實(shí)現(xiàn)對貴金屬的連續(xù)高效捕獲,吸附容量可達(dá)現(xiàn)有主流吸附材料的3倍以上。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際期刊《自然·水》。
隨著現(xiàn)代工業(yè)對貴金屬需求持續(xù)增長,如何從電子廢棄物、工業(yè)廢水等“城市礦山”中高效、低成本、綠色回收金、銀、鉑、鈀等戰(zhàn)略資源,已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)難題。
目前,吸附法是最常用的回收技術(shù)之一。傳統(tǒng)吸附材料雖能通過活性位點(diǎn)與貴金屬離子發(fā)生配位或氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)回收,但一旦反應(yīng)完成,活性位點(diǎn)即“失活”,材料迅速飽和失效,難以持續(xù)使用。如何實(shí)現(xiàn)活性位點(diǎn)的原位再生,已經(jīng)成為制約該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。
江南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)從光合作用中獲得靈感,提出一種全新的“光化學(xué)再生”策略。他們在納米碳?xì)饽z骨架上成功構(gòu)建了“酚—醌氧化還原循環(huán)”。該材料表面富含酚羥基,可作為活性吸附位點(diǎn):當(dāng)貴金屬離子靠近時(shí),酚羥基通過配位作用吸附離子并向其提供電子,將其還原為金屬單質(zhì),同時(shí)酚羥基自身被氧化為醌式結(jié)構(gòu);在光照條件下,納米碳?xì)饽z產(chǎn)生的光生電子遷移至界面,將醌式結(jié)構(gòu)原位還原為酚羥基,從而實(shí)現(xiàn)吸附位點(diǎn)的再生,賦予材料“永續(xù)使用”的能力。
“通過這一設(shè)計(jì),我們不僅突破了傳統(tǒng)吸附材料活性位點(diǎn)無法再生的瓶頸,更將吸附性能提升至前所未有的水平,真正實(shí)現(xiàn)了變廢為寶,為現(xiàn)代工業(yè)提供了新的可持續(xù)發(fā)展路徑。”論文通訊作者、江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院副教授呂嫣介紹。
研究表明,這套“光化學(xué)再生”技術(shù)對金、銀、鉑、鈀等貴金屬表現(xiàn)出優(yōu)異的捕獲能力和再生性能。在模擬太陽能電池板、燃料電池催化劑等真實(shí)復(fù)雜場景中,其吸附效率接近100%,展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和普適性,為實(shí)現(xiàn)多種戰(zhàn)略資源閉環(huán)回收提供了新路徑。