電子設(shè)備已經(jīng)成為了人類生活生產(chǎn)的一部分，隨著線路板和顯示屏的大量使用，電子垃圾不僅產(chǎn)生了巨大浪費(fèi)還造成了工業(yè)污染。盡管這些電子設(shè)備，如打印線路板中的貴金屬含量比礦山里的礦石還要高，而由于缺乏具有高選擇性、高產(chǎn)、不含氰化物的回收程序，其中的80％都進(jìn)入了垃圾堆。從電子垃圾回收貴金屬的理想方式應(yīng)該是在化學(xué)消解液中選擇性的捕捉他，而不需要任何的焚化煅燒。盡管，以往有報(bào)道一些貴金屬的吸附劑，然而這些測(cè)試通常發(fā)生在純金屬溶液中而缺少競(jìng)爭(zhēng)金屬的參與，因此缺乏一定的選擇性和經(jīng)濟(jì)性，并且很少有報(bào)道應(yīng)用在實(shí)際的電子垃圾或廢水中。因此，一種目標(biāo)更明確，具有強(qiáng)烈金屬螯合作用吸附劑有待于被挖掘。
研究發(fā)現(xiàn)，卟啉對(duì)過(guò)渡金屬和貴金屬具有強(qiáng)烈的鍵親和性和選擇性，原則上將這樣的有機(jī)功能團(tuán)固定到多孔聚合物網(wǎng)絡(luò)中可用于循環(huán)分離金屬。今日，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Cafer T. Yavuz聯(lián)合諾獎(jiǎng)得主、美國(guó)西北大學(xué)J. Fraser Stoddart教授報(bào)道了一種具有高的多孔性、極度穩(wěn)定的、容易構(gòu)建的卟啉基聚合物網(wǎng)絡(luò)（COP-180）用于從電子垃圾捕捉貴金屬。該聚合物能夠在具有63種競(jìng)爭(zhēng)金屬的基質(zhì)中捕捉超過(guò)理論10倍的黃金，達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的高水平，并且多次循環(huán)后而沒(méi)有表現(xiàn)出活性的缺失。此外，這項(xiàng)成果極具商業(yè)價(jià)值，每一克COP-180的成本為5美元，能夠回收64美元的黃金，相關(guān)成果以題為“Precious metal recovery from electronic waste by a porous porphyrin polymer”發(fā)表在最新一期的《PNAS》上。
【圖文解讀】
材料合成與表征：COP-180通過(guò)兩步法合成，在合成四硝基卟啉單體后，再與對(duì)苯二胺通過(guò)Wohl-Aue偶聯(lián)反應(yīng)合成最終產(chǎn)物。通過(guò)BET測(cè)試得到其比表面積為704m2g-1。傅里葉紅外測(cè)試確定了其成鍵情況。無(wú)論在氮?dú)膺€是在空氣下，其熱穩(wěn)定性都高達(dá)400℃。
COP-180作為貴金屬清道夫：在使用標(biāo)準(zhǔn)濃度（3000 ppm）的單個(gè)貴金屬溶液測(cè)試中，各金屬的吸附容量分別是：金（21.6％），鉑（13.3％），銀（8.5％），銅（4.1％），鈀（2.1％）。而對(duì)于如鎳這樣的競(jìng)爭(zhēng)離子，卻驚奇的低于0.04％。為了更細(xì)節(jié)的研究COP-180對(duì)金和鉑具有如此高的吸附容量極選擇性，我們采用了Langmuir吸附模型，測(cè)試所得金的最大吸附容量為1.62g/g，比理論預(yù)測(cè)的值（0.173g/g）還要高出10倍，相應(yīng)的，COP-180對(duì)鉑的吸附量為0.197g/g稍高于理論值。
金在卟啉上團(tuán)簇的的模型：研究這采用自旋極化密度泛函理論（DFT）計(jì)算，單個(gè)COF-180單元用于計(jì)算金和鉑在其中的鍵能。結(jié)果顯示卟啉在捕捉第二金時(shí)仍然具有一致的鍵能（-0.67 eV），而在只有一個(gè)鉑捕捉的情況下能量更有利（-3.10 eV）。這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合：Pt具有接近于理論的吸附容量，而金具有超過(guò)理論10倍的容量。
在具有競(jìng)爭(zhēng)離子中的測(cè)試：電子垃圾包含有大量的常見(jiàn)金屬，如：鈉、銅、錫、鋅、鐵等，一個(gè)優(yōu)秀的吸附劑應(yīng)該在低濃度下具有高的選擇性。因此，研究者選擇了多種元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，大多數(shù)的元素顯示低于3％的吸附效率，而鉑、鈀、金分別具有99.7％，99.4％，和98.8％的吸附效率。并且在真實(shí)的電子垃圾測(cè)試中，COP-180展示了對(duì)金94％的捕捉效率。
最后，研究者計(jì)算了從打印線路板回收黃金的經(jīng)濟(jì)效益。COP-180從化學(xué)原料的購(gòu)買到合成的花費(fèi)是$5/g，而每克COP-180對(duì)黃金的回收價(jià)值能夠高達(dá)$64，而且其中的利潤(rùn)會(huì)隨著每次COP-180的循環(huán)利用得到極大提高，這充分展現(xiàn)了該項(xiàng)研究的極高經(jīng)濟(jì)性。
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