“我們將這款復合材料用在現(xiàn)實中的復雜水基質里，結果發(fā)現(xiàn)在長江江水、東海海水、以及 AMD 和 Intel 的兩款 CPU 浸出液中，它都具備優(yōu)異的金捕獲能力�！睂τ谧约汉秃献髡哐邪l(fā)的多孔吸附劑，廈門大學彭麗副教授表示。

這款多孔吸附劑，可以從不同的水基質中高效率地提取金。研究中，他們通過合成了一種 Ni 基金屬有機框架/聚對苯二胺復合材料 BUT-33/PpPD，完成了這款多孔吸附劑的制備，其具有超高孔隙率的特點。

這款多孔吸附劑擁有較高的比表面積、以及相對合適的孔徑，有利于獲得較高的聚合物負載量、以及更分散的吸附位點，從而能對水體系中的金離子實現(xiàn)優(yōu)異的提取能力。

作為一種復合材料，它還具有氧化還原活性，對于一些復雜基質比如河水、海水、以及從計算機中央處理器中獲得的浸出溶液，它都可以選擇性地提取金。

由于具備氧化還原活性，它還可以吸附原位生成的金納米顆粒。被吸附之后的材料，能被直接作為高效的催化劑。

日前，相關論文以《用于從水基質中快速提取金的定制 MOF-聚合物復合材料》（A customized MOF-polymer composite for rapid gold extraction from water matrices）為題發(fā)在 Science Advances 上。

廈門大學 2021 級博士生薛天威和北京工業(yè)大學博士后何濤是*作者，廈門大學彭麗副教授、李軍教授、楊述良副教授、以及北京工業(yè)大學李建榮教授擔任共同通訊作者 [1]。

有望成為城市采礦產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)

整體來看，該工作主要解決了貴金屬吸附劑領域內存在的一個問題。金、銀、鉑、鈀等貴金屬，早已被廣泛用于人類生產(chǎn)生活之中。

含有這些貴金屬的產(chǎn)品廢棄之后，會造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。而從這些廢棄物和退役器件中提取和回收貴金屬，已經(jīng)成為一種方興未艾的“城市采礦”產(chǎn)業(yè)。

近年來，隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，貴金屬的需求日益增長，價格也一直居高不下。對于這些不可再生資源來說，從自然界開采礦產(chǎn)資源也面臨著愈加高漲的社會壓力和環(huán)境壓力。

隨著中國新能源產(chǎn)業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，大量退役器件被廢棄，每年產(chǎn)生 700 多萬噸電子垃圾，其中的高價值貴金屬亟待得到循環(huán)利用。

目前，從每噸電子廢棄物中大約可提取 200 克黃金，而要獲得相同數(shù)量的黃金至少需要處理 100 噸金礦石。

此外，在當前的形勢之下，通過傳統(tǒng)的原礦開采來獲取黃金，已經(jīng)無法滿足日益增長的需求。因此，從電子廢棄物等非傳統(tǒng)來源提取黃金，是原始采礦的有效補充途徑之一。

對于從電子垃圾中回收黃金來說，通過使用具有豐富吸附位點的多孔功能材料來從溶液中快速提取黃金的吸附技術，已經(jīng)成為一項備受關注的新興策略。

目前，大量的多孔吸附劑已被用于從廢水中提取黃金，比如金屬有機框架、共價有機框架、多孔芳香框架和多孔聚合物等。

對于制備具有高金提取能力的優(yōu)異吸附劑來說，將多孔材料進行官能化是一種有效策略。

然而，該策略也會大幅降低多孔材料的孔隙率，以至于很多材料的比表面積會被降至 500m2/g 以下，有時甚至低于 50m2/g。

有限的比表面積和孔隙率，會限制吸附位點的暴露，進而導致提取速率被拖緩，因此很多材料需要數(shù)小時、甚至數(shù)天才能達到吸附平衡。

另外，那些要被提取的黃金，通常位于河水、海水、電子廢物浸出液等復雜的水基質中。在這些基質中，往往含有高濃度的干擾物質，包括競爭性金屬離子和有機干擾物質等。

因此，只有那些具備優(yōu)異選擇性、長期穩(wěn)定性、較高的金吸附量和去除效率的吸附劑，才有資格參與這類提取。

當前，國家有關部門提出要實現(xiàn)退役新能源器件和電子器件的循環(huán)利用，這也是實現(xiàn)“碳中和”目標的重要保障之一。而貴金屬回收正是實現(xiàn)器件循環(huán)利用的重點之一。

因此，該成果有望成為城市采礦產(chǎn)業(yè)中的重要一環(huán)，可被用于市政部門開設的大型回收站、環(huán)保公司設立的回收點、以及電子產(chǎn)品企業(yè)和能源企業(yè)的回收部門等，以便從拆解、浸漬后的電子垃圾浸出液中，定向地回收貴重金屬。

此外，對于傳統(tǒng)采礦業(yè)和環(huán)保行業(yè)來說，它們也更加迫切地需要從廢水廢液中回收貴金屬和去除貴金屬。而該成果同樣有望用于這兩個領域。

“破壞一個舊的、建設一個新的”

此前，該團隊已經(jīng)開展過借助金屬有機框架復合材料，來捕獲金屬離子的課題。前期研究結果表明：復合材料主體的選擇，對于吸附性能有著極大的影響。課題組推測其中的原因可能：對于客體分子的形態(tài)和結構，主體材料的拓撲結構會帶來較大的影響。

正因此，他們一直在尋找真正合適的主體材料。后來課題組了解到北京工業(yè)大學李建榮教授團隊曾設計過一種新型的金屬有機框架材料 BUT-33。

這種材料具有極高的比表面積、直徑約 2.6 納米的介孔籠、以及開放的 Ni 金屬配位位點。對于將功能性聚合物有序地錨定在主體材料的孔道中來說，這款材料可以提供*的平臺。

因此，該團隊與李建榮課題組展開合作，將對金離子具備吸附能力以及具備選擇性的聚對苯二胺，引入到 BUT-33 孔道中，以使其暴露更多的活性位點。

在主客體的協(xié)同作用之下，這種復合材料即可成為一款優(yōu)良的金吸附劑。

彭麗表示：“嘗試聯(lián)系李老師后，李老師和何濤博士欣然同意合作，并迅速地合成了一批 MOF 材料（復合材料的主體）寄給我們，同時還提供了許多極其重要的建議，合作者的真誠讓我們非常感動�！�

在后續(xù)合作中，李建榮課題組的何濤博士合成了 BUT-33 這一優(yōu)良的主體材料，后由彭麗所在的廈大團隊將聚合物單體引入到 MOF（金屬-有機框架材料，Metal Organic Framework）孔道中，使讓其以原位的形式聚合成為復合材料。

通過對合成材料進行全方位的表征，他們分析了這種材料的物相結構、微觀形貌、成分組成等，借此解釋了材料的構效關系，并為后續(xù)的吸附性能測試帶來了指導。

在吸附性能測試上，他們主要測試了吸附熱力學、吸附動力學、吸附選擇性、材料長期穩(wěn)定性、可再生使用能力等性能。

根據(jù)這些測試結果，又對材料合成進行逆向性優(yōu)化，期間主要調節(jié)了聚合物的比例、材料合成條件等，*終獲得了效果*佳的吸附劑。

在實驗中，還出現(xiàn)了高選擇性、以及氧化還原吸附的結果。為了對其進行解釋，他們與俄羅斯莫斯科國立大學研究員奧爾佳 A. 西贊特舍瓦（Olga A. Syzgantseva）開展合作。通過理論計算以及對比實驗，吸附機理終于得到解釋。

而擔任共同一作的薛天威，也在研究中得到了成長與蛻變。彭麗說：“薛天威同學從一開始接觸貴金屬回收的課題，就很積極地行動起來。針對金的回收，他對主客體材料做了大量篩選工作，每一次合成材料都需要調整不同的參數(shù)，并且要同時推進大量實驗，以至于所有的油浴鍋都被用光了，甚至還要去其他課題組借。”

然而，前期實驗并不順利，材料的吸附效果也不盡人意。薛天威內心感到極為受挫，曾一度想要放棄這個方向。

“后面他與老師們敞開心扉，我們鼓勵他：‘科研工作要像小孩在海邊玩建沙堡的游戲，破壞一個舊的、建設一個新的，循環(huán)往復、時刻創(chuàng)新。’”彭麗說。

在內心重歸平靜之后，薛天威沉下心來，在一次次失敗中不斷調整實驗方案，后面的工作也開展得愈加順利。

彭麗表示，這項研究工作的順利進行也充分表明：多孔 MOF-聚合物復合材料，可以作為吸附分離領域的*平臺。

后續(xù)，他們將通過選擇 MOF 和聚合物的種類，對本次復合材料的結構和性質進行進一步調節(jié)，使其能從液體和氣體中，選擇性地分離出更多不同的物種。

此外，他們打算結合自己在超臨界二氧化碳方面的研究經(jīng)驗，構建不同二氧化碳膨脹液體溶劑體系，以用于 MOFs-聚合物復合材料的合成。

通過調控溶劑的性質，在二氧化碳膨脹液體溶劑體系中實現(xiàn)復合材料的可控制備，以便進一步地提示復合材料的性能。

目前，該團隊正在充實材料的構筑方法，希望這些方法也能有效擴展到其他多孔載體上，從而帶來新的應用。

此外，對于復合材料的放大生產(chǎn)及其實際化應用，課題組也正在考慮中。彭麗表示：“我們希望不僅僅是發(fā)表一個論文，更希望可以解決實際問題�！�

另據(jù)悉，一直以來廈大化院在學術成果上都頗有建樹。作為其中的一份子，彭麗表示：“廈大化院的化學學科已經(jīng)建設了一百余年，發(fā)展出了化工、能源、材料等學科。其次，在化院的師資隊伍中，年齡結構合理、老中青有機結合、教學研究相長，并擁有*的教學、科研平臺和完善的設施，這些都為培養(yǎng)*的學生提供了沃土�！�

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