Химики создали «наноловушки» для извлечения золота из электронных отходов | Новости науки

Ученые Томского политехнического университета с коллегами из Китая предложили эффективный, экологический и более безопасный способ извлечения золота из электронных отходов. Для этого они 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, подчеркнули в пресс-службе ТПУ.

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», — объяснил 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», — добавил 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.

Исследования поддержаны федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети». Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials (Q1, IF: 26,8).