用于提高电子废弃物中金回收率的硫脲-酚树脂纳米笼

《Separation and Purification Technology》：Thiourea-phenolic resin Nanocages for enhancing gold recovery from electronic waste

纳米硫掺杂多孔树脂材料用于电子废弃物中金的高效回收与再生研究

　　本研究围绕从电子废弃物中高效回收贵金属这一重要课题展开，重点探讨了一种新型吸附材料——纳米笼状硫脲-邻苯二酚-甲醛树脂（NCTRF）的合成与性能。随着电子设备的快速普及，贵金属如金的资源消耗日益增加，而目前的回收技术在效率和环保方面仍存在诸多不足。因此，开发一种高效、环保且具备良好稳定性的吸附材料显得尤为迫切。NCTRF材料的设计思路来源于对传统吸附材料性能的改进，通过引入硫和氮等异原子，增强了其对金离子的吸附能力，并通过纳米结构的设计提升了材料的传质性能和可重复使用性。

金因其优异的导电性和催化性能，在电子设备、医疗设备、催化剂以及药物输送等多个领域被广泛应用。然而，作为一种不可再生资源，金的全球供应与需求之间的失衡问题愈发严重。据联合国报告，2024年全球废弃电子电气设备（WEEE）中大约嵌入了320吨金，但通过正规回收渠道仅能回收其中的22.3%。此外，非正规的回收方式往往伴随着严重的环境污染风险，如水体和土壤污染等。因此，提高金的回收效率并减少对环境的影响成为当前研究的重点。

传统的金回收方法主要包括火法冶金、化学沉淀、溶剂萃取、电沉积以及膜过滤等。这些方法虽然在工业上得到了广泛应用，但在实际操作中往往面临能耗高、污染严重以及回收效率有限等问题。相比之下，吸附技术因其操作简便、环境友好以及材料设计的灵活性，被认为是一种具有潜力的替代方案。近年来，许多研究者致力于开发高性能的吸附材料，如共价有机框架（COFs）、金属有机框架（MOFs）、离子印迹聚合物（IMPs）、活性炭以及生物质衍生材料等。其中，聚合物吸附材料因其高吸附容量和易于修饰的特性，受到了广泛关注。

在此背景下，本研究提出了一种基于酚醛树脂的新型吸附材料NCTRF。酚醛树脂因其低成本、易合成以及优异的化学和热稳定性，被认为是替代传统吸附材料的理想选择。然而，酚醛树脂在实际应用中仍存在一些局限性，如活性位点的可及性不足、结构无序以及颗粒大小不均等，这些因素都可能影响其吸附性能的稳定性和效率。因此，如何优化酚醛树脂的结构，提高其对金属离子的吸附能力，成为研究的关键。

为了解决这些问题，本研究采用了一种硬模板辅助的同步掺杂策略，通过使用单分散二氧化硅微球作为模板，同时引入硫脲和正硅酸乙酯，实现了对酚醛树脂的精准调控。在模板去除后，得到了具有高度多孔结构的纳米笼状材料NCTRF。这种材料不仅具有较大的比表面积，还具备良好的传质通道，从而显著提升了其对金离子的吸附能力。实验结果表明，NCTRF在盐酸溶液中表现出极高的金吸附容量，达到2622?mg?g?1，同时在多金属体系中展现出优异的抗干扰能力，能够实现高达99.28%的金去除率。此外，NCTRF还具有良好的可重复使用性，在五次循环后仍能保持超过93%的回收效率。

为了进一步验证NCTRF在实际复杂系统中的应用潜力，本研究将其应用于使用王水浸出的电子废弃物样品中。实验结果表明，NCTRF在真实条件下仍能保持优异的回收效率和高选择性，这充分证明了其在实际应用中的可行性。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段，研究人员揭示了硫脲与树脂基质之间的键合机制，以及模板蚀刻对孔结构优化的影响。这些研究成果不仅为金的高效回收提供了新的思路，也为其他贵金属的回收提供了借鉴。

本研究的创新之处在于，通过同步掺杂策略和硬模板技术，成功构建了一种具有丰富活性位点和高效传质通道的纳米笼状吸附材料。这种方法不仅提升了材料的吸附性能，还为其大规模应用提供了可能。此外，通过系统研究模板尺寸、掺杂比例以及蚀刻条件对材料结构和性能的影响，研究人员进一步优化了NCTRF的合成工艺，使其在不同条件下的性能更加稳定和可预测。

在实际应用中，NCTRF材料可以用于从电子废弃物中高效回收金，这不仅有助于缓解金资源的短缺问题，还能减少环境污染。由于其高吸附容量和良好的选择性，NCTRF在处理高浓度金属离子溶液时表现出色，能够有效抑制二次溶解，从而提高回收效率。同时，其优异的可重复使用性也降低了材料的使用成本，使其在经济性和可持续性方面具备优势。

本研究的成果为贵金属回收技术的发展提供了新的方向。通过合理设计材料的结构和功能，可以显著提升其在复杂体系中的吸附性能。此外，该研究还强调了环保意识在材料设计中的重要性，倡导使用低污染、高效率的回收方法。未来，随着纳米技术的不断进步，类似的吸附材料有望在更多领域得到应用，如水处理、催化剂回收以及环境修复等。

总的来说，NCTRF材料的合成与性能研究不仅推动了贵金属回收技术的进步，也为材料科学的发展提供了新的思路。通过结合异原子掺杂和纳米结构设计，研究人员成功构建了一种高效、环保且具有广泛应用前景的吸附材料。这一成果有望为解决贵金属资源短缺和环境污染问题提供有力支持，同时也为相关领域的研究提供了宝贵的参考。