贵金属|5元成本捕获约64元黄金：专注“吸金”的超级聚合物问世( 二 )
神奇的聚合物现有的正规电子垃圾处理技术 ， 在原理上与小作坊的焚烧和用王水溶解大同小异 ， 这便是所谓的“火法冶金”和“湿法冶金” 。 只不过 ， 这些过程是在先进的设备和严格的管理下进行的 。 而这往往意味着成本的上升 。 例如 ， 火法冶金需要先进的焚烧炉 ， 还需要严格的污染排放控制 。 而湿法冶金则是利用化学物质溶解电子垃圾 ， 再从溶液中分离贵金属 。 湿法冶金的工艺更加精确、更容易控制、也更有预测性的 ， 自上世纪 80 年代中期开始便逐渐取代火法冶金 。 但对于黄金回收来说 ， 湿法冶金仍有一个致命的弊端：依赖于剧毒的氰化物 。 除了上述两种方法 ， 还有一种叫做生物冶金的新型回收技术 ， 但还处于研究的早期阶段 。 因此 ， 找到在湿法冶金的过程中可以有选择性地高效回收黄金的非氰化物 ， 一直是研究的重点 。 而之前找到的大多数吸附剂 ， 基本都只能在只含有金元素、或者只含有少量其它金属元素的溶液中回收金元素 ， 根本无法投入实际应用 。 在最近的实验中 ， 韩国科学技术院的科研人员报告了一种高度多孔且性质稳定的卟啉（porphyrin）聚合物 COP-180 ， 表现出了前所未有的优良性能 。 在之前的研究中 ， 研究人员就发现卟啉对于贵金属有很好的亲和性和选择性 。 因此 ， 理论上 ， 如果制成永久性的多孔网状聚合物 ， 卟啉应该可以用来吸附金原子 。 通过将卟啉与吩嗪结合 ， 他们赋予了卟啉以鲁棒性和抗氧化性 。 由此形成的共价有机聚合物——COP-180 ， 理论上每一个分子都可以吸附 1 个贵金属原子 。 换句话说 ， 如果实验的结果符合理论预期的话 ， 每克 COP-180 应该可以从湿法冶金的电路板浸出液中吸附 0.173 克的黄金 。
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图｜COP-180 的合成（来源：Hong 2020 ， PNAS） 实验的结果令研究人员大喜过望 。他们将 COP-180 加入到了废旧电路板的酸/碱浸出液中 ， 搅拌两天后 ， 他们发现 ， 每克 COP-180 从 63 种竞争金属的混合液中捕获了高达 1.62 克的黄金 ， 这个数字是理论预期（0.173克）的近 10 倍！而与之相反的是 ， COP-180 对铂金的吸收率则只有 0.197 克/克 ， 只比理论预期高了 15% ， 而其它的绝大多数元素的吸收率更是连 3% 都不到 。 这意味着 ， 尽管有着其它 62 种竞争金属元素的干扰 ， 但 COP-180 还是十分“专情”地从中挑选出来了黄金这一种元素 。
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图｜COP-180 对不同元素的吸附效率 ， 其中金的吸附效率远高于其它金属 。 （来源：Hong 2020 ， PNAS）这种神奇的性能吸引了科学家们的注意 。经过进一步的实验和理论研究 ， 他们认为 ， 由于卟啉具有还原性 ， 很可能导致金原子出现了还原性的固定：从单个的金离子 ， 变成了金离子簇 。在扫描透射电子显微镜（STEM）的镜头下 ， 他们发现 ， COP-180 让金原子团在了一起 ， 而铂则依然四处散开 。
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图｜在 COP-180 的作用下 ， 金原子（上排）团成了一个原子簇 ， 而铂（下排）则保持着原来的散开的状态 。 （来源：Hong 2020 ， PNAS）如此一来 ， 金原子便可能以许多个原子组成的原子簇、而不是单个原子的形式被 COP-180 集中吸附了 ， 实现了极高的吸附效率 。在这样的吸附效率下 ， 提取出来的黄金纯度高达 99.6% 以上 。 这意味着 ， 无需经过进一步的提纯 ， 就直接超过了足金（99%）、逼近千足金（99.9%）的纯度 。【贵金属|5元成本捕获约64元黄金：专注“吸金”的超级聚合物问世】
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图｜COP-180 从电路板中捕获黄金的过程（来源：Hong 2020 ， PNAS）而且 ， 经过三次重复实验（吸附-再生）之后 ， COP-180 的吸附效率只降低了不到 7% 。 每克 COP-180 的成本约为 5 美元 ， 一次可以回收的黄金价值就高达 64 美元 。 单次使用就已经很赚了 ， 再加上可重复利用的性质 ， 研究人员称 ， 制备过程并不复杂的 COP-180 表现出了极佳的经济性能 。 如果成功走向商业化 ， 这种聚合物 ， 或者将来出现的其它与之性能类似的吸附剂 ， 将可以把海量的废旧电子垃圾变成环保、无毒、可持续、超高品位的贵金属矿藏 ， 为全球电子回收行业带来一场利润、环保和健康的全新变革 。
先进工艺商业化的种种难题如果这项实验室验证的技术是可行的 ， 那能否快速投入商业化落地？提升我国对电子垃圾的回收率？对此 ， 中国电子装备技术开发协会秘书长、高级工程师唐爱军对 DeepTech 表示 ， 一项回收技术从实验室到大规模产业应用并不如想象中那么简单 。 从目前国内回收产业的角度来说 ， 技术方面普遍都是经过火法对金属富集之后 ， 再通过湿法实现对稀贵金属的提纯 ， 所以类似这项实验的湿法提纯环节是比较常见的 。
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