Сотрудники химических факультетов Томского политехнического университета в соавторстве с китайскими учеными представили действенный, экологически безопасный и менее рискованный метод извлечения золота из электронного мусора. Разработка заключается в создании двумерных органических каркасов, содержащих «наноловушки». Эти структуры удерживают ионы золота и, под воздействием видимого света, преобразуют их в чистый металл. Полученные данные свидетельствуют о том, что инновационная технология обеспечивает извлечение до 99,2% золота из электронных отходов, даже при значительной концентрации посторонних примесей.
Работы были выполнены при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030», реализуемой Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках национального проекта «Молодежь и дети». О результатах исследований сообщается в публикации, вышедшей в журнале Advanced Materials (Q1, IF: 26,8).
Золото представляет собой не только драгоценный металл, но и важный материал, находящий применение в самых разных областях – от электроники до аккумулирования энергии и катализа. По оценкам специалистов, к 2030 году объем электронных отходов в мире достигнет 82 миллионов тонн, значительная доля которых содержит ценное золото. В связи с этим, извлечение золота из электронных отходов становится одной из ключевых задач современной переработки. Традиционные способы извлечения золота предполагают использование агрессивных химических веществ и затратных энергетически процессов. К тому же, эти методы зачастую характеризуются невысокой эффективностью и избирательностью (способностью выделять конкретный металл из смеси – ред.).
Специалисты из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха в соавторстве с китайскими учеными разработали инновационный метод извлечения золота, основанный на использовании ковалентных органических каркасов (COF). Эти химические структуры, представляющие собой пористые материалы, содержат винилазольные группы, расположенные внутри пор.
«Для изучения были разработаны и проанализированы три COF-структуры, отличающиеся составом азольных мостиков – с использованием атомов азота, кислорода и серы. Благодаря этому удалось повысить электростатическое взаимодействие и добиться высокой избирательности к золоту. Наша технология является более экологичной, так как не требует применения агрессивных химических веществ. Кроме того, структура COF позволяет контролировать процесс переработки и повысить его эффективность», – рассказывает один из ведущих авторов исследования, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.
Для изучения принципов действия, исследователи выполнили анализ поверхности методом XPS для COF с золотом и без него, а также провели квантово-механическое моделирование этих структур. Процесс протекал под воздействием видимого света, который инициировал фотокаталитическое восстановление золота внутри пор. Полученные данные свидетельствуют о том, что созданные COF способны эффективно поглощать 99,2% золота, причем вес захваченного материала в 4,6 раза превышает собственный вес разработанного материала. Кроме того, данную разработку можно применять для очистки от примесей (растворов, содержащих золото, медь, никель и другие элементы), сохраняя при этом свою эффективность даже при высокой концентрации примесей.
«Созданные COF-структуры позволяют извлекать практически всё золото, даже если его концентрация крайне низка, а примеси содержат значительное количество других металлов. Наличие виниловых связей в структуре обеспечивает высокую химическую стойкость и стабильность материала как в кислотных, так и в щелочных растворах. По словам исследователя, эти COF пригодны для многократного использования, поскольку их эффективность сохраняется в течение пяти циклов сорбции и десорбции.
В работе над исследованием были задействованы специалисты из научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета, Чжэцзянского научно-технического университета (Китай) и Института технологии материалов и инжиниринга Нинбо Китайской академии наук.
Материалы поступили из пресс-службы Томского политехнического университета