工業廢水中也能淘金
來源:科普時報
發布時間:2024-07-01
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進入5月份後,受國際金價(jia) 回落及假期促銷等多重因素影響,終端黃金價(jia) 格出現較為(wei) 明顯回落,不少品牌黃金優(you) 惠後價(jia) 格從(cong) 幾周前每克700元重回每克600元以下。作為(wei) 一種稀缺貴金屬,其價(jia) 格波動引起人們(men) 廣泛關(guan) 注。

金是一種稀有的不可再生資源,並不活躍,具有較強的耐氧化性以及耐腐蝕等性能,在工業(ye) 、航空、裝飾等領域有著寶貴的應用價(jia) 值,資源利用與(yu) 開發極為(wei) 重要。

盡管我國工業(ye) 廢水的治理取得了顯著成效,但體(ti) 量仍然龐大,每年約有6%含有貴金屬的工業(ye) 廢水被排放,而金就隱藏其中。工業(ye) 廢水排放通常可分為(wei) 普通排放與(yu) 回收後再排放兩(liang) 種途徑。

普通排放是將工業(ye) 廢水先進行化學處理降解汙染物後,再進行沉澱過濾,逐次處理達標後進行排放。回收後再排放是先將廢水中的貴金屬固態化,再進行分離,隨後濃縮提純,實現回收利用,其餘(yu) 步驟與(yu) 普通排放類似。顯然,回收後再排放途徑可有效減輕資源浪費,將廢水中的金進行濃縮提純,回收後的黃金甚至與(yu) 市場流通的黃金無異。

根據金在廢水中的含量濃度可分為(wei) 微量金與(yu) 痕量金。目前,有不同的處理技術用於(yu) 金的回收,微量處理較為(wei) 成熟,普及程度較高,代表性的技術有活性碳吸附、離子交換法等。考慮到金在廢水中的含量極低,更多以痕量金的方式存在,濃度較低,因此實現痕量金富集頗具難度。研究高效的回收材料用於(yu) 痕量金回收是一大熱點,一些化學材料為(wei) 痕量金的回收提供了可行途徑,具有十足的研究潛力。

納米零價(jia) 鐵是化合價(jia) 為(wei) 零的納米級單質鐵,由金屬鐵核心包覆氧化鐵類外殼形成納米複合材料,常被用作回收試劑。它的比表麵積與(yu) 表麵能較大,擁有良好的吸附與(yu) 反應性能。利用納米零價(jia) 鐵與(yu) 廢水中痕量金的高效接觸活性,能夠實現對水中痕量金富集回收。納米零價(jia) 鐵富集金的能力是納米零價(jia) 鐵持久反應活性、適宜粒徑和獨特化學反應共同作用的結果。

在金的富集過程中,痕量金可與(yu) 零價(jia) 納米鐵形成微小原電池,殼層氧化鐵充當負極,金離子被還原,並沉積充當局部正極,作為(wei) 種子可進一步生長成金納米顆粒和納米團簇,從(cong) 而實現金回收。

金屬有機框架材料是一類晶體(ti) 多孔框架材料,因其結構多樣、表麵積大,具有化學可調性和選擇性客體(ti) 吸附性能而倍受關(guan) 注,是從(cong) 複雜液體(ti) 中提取痕量金的一種有著良好前景的材料。暨南大學寧國宏教授團隊利用偕胺肟化反應設計了新型銀基金屬有機框架材料,在極低金濃度下能夠提供最大吸附容量。金屬有機框架中偕胺肟基團引入可為(wei) 金離子帶來新的結合位點,從(cong) 而增強吸附能力。該材料可用於(yu) 快速和選擇性地從(cong) 複雜的廢水混合物中提取痕量金。

共價(jia) 有機框架是一種多孔有機框架材料,由有機分子基元通過共價(jia) 鍵連接形成二維或三維結構,其穩定性良好,具有優(you) 異的孔隙率和出色的功能可調性。在痕量金捕獲領域,利用特定基團與(yu) 金離子的強效結合,為(wei) 共價(jia) 有機框架材料的設計指明了方向,作為(wei) 一類有前景的回收試劑正在快速發展。利用骨架工程策略,中國科學院曾高峰教授團隊通過引入電離骨架,將共價(jia) 有機框架的亞(ya) 胺鍵轉變為(wei) 離子胺鍵,合成材料可通過庫侖(lun) 力對金離子進行捕獲。研究表明,作為(wei) 金吸附劑,結合胺鍵位點的共價(jia) 有機框架材料,克服金離子的弱結合能力,提高了選擇性和吸附效率。

當然,用於(yu) 痕量金回收的化學材料並不局限於(yu) 這幾類,還有納米聚合物纖維、氣凝膠、碳氮化物等。盡管這一領域正在加速發展,但在未來研究高效金回收材料同時,探索出一種既能節約成本又能產(chan) 業(ye) 化應用的方法仍任重道遠。

(作者莫尊理係西北師範大學教授、博士生導師,呂文博係西北師範大學碩士研究生)

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