工業(yè)廢水中也能淘金
發(fā)布時(shí)間:2024-07-01
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進(jìn)入5月份后,受?chē)?guó)際金價(jià)回落及假期促銷(xiāo)等多重因素影響,終端黃金價(jià)格出現(xiàn)較為明顯回落,不少品牌黃金優(yōu)惠后價(jià)格從幾周前每克700元重回每克600元以下。作為一種稀缺貴金屬,其價(jià)格波動(dòng)引起人們廣泛關(guān)注。

金是一種稀有的不可再生資源,并不活躍,具有較強(qiáng)的耐氧化性以及耐腐蝕等性能,在工業(yè)、航空、裝飾等領(lǐng)域有著寶貴的應(yīng)用價(jià)值,資源利用與開(kāi)發(fā)極為重要。

盡管我國(guó)工業(yè)廢水的治理取得了顯著成效,但體量仍然龐大,每年約有6%含有貴金屬的工業(yè)廢水被排放,而金就隱藏其中。工業(yè)廢水排放通??煞譃槠胀ㄅ欧排c回收后再排放兩種途徑。

普通排放是將工業(yè)廢水先進(jìn)行化學(xué)處理降解污染物后,再進(jìn)行沉淀過(guò)濾,逐次處理達(dá)標(biāo)后進(jìn)行排放?;厥蘸笤倥欧攀窍葘U水中的貴金屬固態(tài)化,再進(jìn)行分離,隨后濃縮提純,實(shí)現(xiàn)回收利用,其余步驟與普通排放類似。顯然,回收后再排放途徑可有效減輕資源浪費(fèi),將廢水中的金進(jìn)行濃縮提純,回收后的黃金甚至與市場(chǎng)流通的黃金無(wú)異。

根據(jù)金在廢水中的含量濃度可分為微量金與痕量金。目前,有不同的處理技術(shù)用于金的回收,微量處理較為成熟,普及程度較高,代表性的技術(shù)有活性碳吸附、離子交換法等??紤]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(shí)現(xiàn)痕量金富集頗具難度。研究高效的回收材料用于痕量金回收是一大熱點(diǎn),一些化學(xué)材料為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(jià)鐵是化合價(jià)為零的納米級(jí)單質(zhì)鐵,由金屬鐵核心包覆氧化鐵類外殼形成納米復(fù)合材料,常被用作回收試劑。它的比表面積與表面能較大,擁有良好的吸附與反應(yīng)性能。利用納米零價(jià)鐵與廢水中痕量金的高效接觸活性,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水中痕量金富集回收。納米零價(jià)鐵富集金的能力是納米零價(jià)鐵持久反應(yīng)活性、適宜粒徑和獨(dú)特化學(xué)反應(yīng)共同作用的結(jié)果。

在金的富集過(guò)程中,痕量金可與零價(jià)納米鐵形成微小原電池,殼層氧化鐵充當(dāng)負(fù)極,金離子被還原,并沉積充當(dāng)局部正極,作為種子可進(jìn)一步生長(zhǎng)成金納米顆粒和納米團(tuán)簇,從而實(shí)現(xiàn)金回收。

金屬有機(jī)框架材料是一類晶體多孔框架材料,因其結(jié)構(gòu)多樣、表面積大,具有化學(xué)可調(diào)性和選擇性客體吸附性能而倍受關(guān)注,是從復(fù)雜液體中提取痕量金的一種有著良好前景的材料。暨南大學(xué)寧國(guó)宏教授團(tuán)隊(duì)利用偕胺肟化反應(yīng)設(shè)計(jì)了新型銀基金屬有機(jī)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(jī)框架中偕胺肟基團(tuán)引入可為金離子帶來(lái)新的結(jié)合位點(diǎn),從而增強(qiáng)吸附能力。該材料可用于快速和選擇性地從復(fù)雜的廢水混合物中提取痕量金。

共價(jià)有機(jī)框架是一種多孔有機(jī)框架材料,由有機(jī)分子基元通過(guò)共價(jià)鍵連接形成二維或三維結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性良好,具有優(yōu)異的孔隙率和出色的功能可調(diào)性。在痕量金捕獲領(lǐng)域,利用特定基團(tuán)與金離子的強(qiáng)效結(jié)合,為共價(jià)有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)指明了方向,作為一類有前景的回收試劑正在快速發(fā)展。利用骨架工程策略,中國(guó)科學(xué)院曾高峰教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)引入電離骨架,將共價(jià)有機(jī)框架的亞胺鍵轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子胺鍵,合成材料可通過(guò)庫(kù)侖力對(duì)金離子進(jìn)行捕獲。研究表明,作為金吸附劑,結(jié)合胺鍵位點(diǎn)的共價(jià)有機(jī)框架材料,克服金離子的弱結(jié)合能力,提高了選擇性和吸附效率。

當(dāng)然,用于痕量金回收的化學(xué)材料并不局限于這幾類,還有納米聚合物纖維、氣凝膠、碳氮化物等。盡管這一領(lǐng)域正在加速發(fā)展,但在未來(lái)研究高效金回收材料同時(shí),探索出一種既能節(jié)約成本又能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的方法仍任重道遠(yuǎn)。

(作者莫尊理系西北師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,呂文博系西北師范大學(xué)碩士研究生)

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