Исследователи Томского политехнического университета совместно с учеными из Китая нашли инновационный, безопасный и экологически безвредный подход к получению золота из электронных отходов. В результате их сотрудничества появились уникальные двумерные органические каркасы с интегрированными наноструктурированными ловушками, способными селективно улавливать ионы золота даже при большой доле посторонних металлов. Такой подход, использующий фотокаталитическое восстановление, обеспечивает получение чистого металла с выдающейся эффективностью: извлечение достигает 99,2 процента.
Золото – ключ к развитию новых технологий
Золото продолжает оставаться не только основой ювелирной промышленности, но и незаменимым элементом для производства электронной техники, аккумуляторов и промышленного катализаторов. Согласно мировым прогнозам, к 2030 году объем электронных отходов увеличится до 82 миллионов тонн, причем большая их часть содержит значительные количества данного драгоценного металла. Поэтому развитие новых экологичных методов отделения золота из вторсырья приобретает огромную актуальность и способствует снижению глобального экологического следа.
Преимущества инновационных методов перед традиционными
Обычные способы извлечения золота до сих пор базируются на использовании агрессивных реактивов. Такие методы зачастую отличаются низкой избирательностью, требуют больших энергетических затрат и не гарантируют очистки в условиях высокой концентрации сопутствующих примесей. В результате подобных процедур образуются дополнительные отходы, опасные для природы и человека.
Современная технология, предложенная исследователями из Томского политехнического университета и Китая, делает акцент на использовании ковалентных органических каркасов, получивших международное обозначение COF. Эти материалы действуют как молекулярные ловушки, эффективно удерживая именно ионы золота. За счет внедрения азольных мостиков (структур, включающих атомы азота, кислорода либо серы) электростатическое взаимодействие усиливается, и возникает высокая селективность, что позволяет практически полностью избежать применения опасных химикатов.
Особенности работы COF-структур
В ходе опытов ученые исследовали три типа COF с разными азольными мостами. Было доказано, что такие структуры способны работать даже в насыщенных растворах других металлов – меди, никеля и иных элементов. Как показал анализ методом XPS и квантово-механическое моделирование, фотокаталитическое восстановление ионов золота проходит под действием обычного видимого света. Внутри нанопор органического каркаса образуется чистое металлическое золото с КПД до 99,2 процента.
Не менее удивительным является количественный эффект: сорбенты способны захватить золото, масса которого в разы превышает собственный вес материала, вплоть до 4,6-кратного значения. Новая технология демонстрирует стабильную работоспособность при высоких концентрациях сопутствующих примесей и позволяет безопасно перерабатывать даже сложные смеси металлов.
Долговечность и устойчивость органических каркасов
Еще одним из важных преимуществ созданных COF-структур стала их уникальная стабильность при различных экстремальных условиях. Материал не разрушается ни в кислых, ни в щелочных растворах, сохраняя спектр эксплуатационных свойств. За счет прочных виниловых связей органические каркасы могут быть использованы многократно: независимо от количества повторных циклов сорбция-десорбция золота осуществляется с неизменной эффективностью на протяжении не менее пяти процедур. Это делает технологию экономически выгодной и значительно уменьшает количество отходов.
Глобальное значение совместных исследований
Реализация этого проекта стала возможной благодаря сотрудничеству специалистов Томского политехнического университета, Чжэцзянского научно-технического университета и Института технологии материалов и инжиниринга Нинбо, которые объединили опыт и ресурсы ради достижения значимого результата для мировой науки и индустрии переработки. Результаты работ указывают на открытие для химической переработки электронных отходов новых перспектив, где экологичность и технологическая эффективность становятся стандартом будущего.
Перспективность применения таких COF видится не только для извлечения золота, но и для обработки других ценных металлов, что позволяет надеяться на появление целой серии инновационных и безопасных решений в сфере ресурсосбережения.
Оптимистичные перспективы для отрасли
Учитывая динамичный рост спроса на легкодоступные источники золота и другие драгоценные металлы, эффективность новой методики, созданной Томским политехническим университетом в сотрудничестве с Китаем, открывает обнадеживающую перспективу для экономичного и безвредного извлечения ресурсов. Дальнейшие исследования и масштабирование подобных технологий, безусловно, внесут огромный вклад в развитие устойчивой экономики и снижение мирового экологического воздействия промышленного производства.
Источник: indicator.ru
