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深圳国际研究生院苏阳团队合作发现石墨烯可用于高效回收电子垃圾中的金资源

清华新闻网8月4日电 金作为电的良导体在电子产品和消费品等领域广为应用。随着电子产品更新换代速度的加快,电子垃圾已成为全球可持续发展的重大挑战之一,因此从电子垃圾中回收金资源对实现循环经济发展具有重要意义。

近日,清华大学深圳国际研究生院助理教授苏阳,中科院深圳理工大学(筹)和深圳先进技术研究院教授成会明院士,以及诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学及清华大学深圳国际研究生院盖姆石墨烯中心教授安德烈·盖姆(AndreGeim)等人发现一种基于还原氧化石墨烯制备的石墨烯材料对电子垃圾中痕量的金资源具有超强的提取能力,无需外加能量和其他材料与化学品,这种石墨烯材料就可对金离子进行快速吸附并同时还原得到纯金颗粒。该材料对浓度为10 mg/L含金溶液的吸附容量可达1.85 g/g,即使金离子浓度低至0.00002 mg/L时也能对其实现有效的提取吸附。

图1.石墨烯提取金的示意图

该研究发现,这类石墨烯材料的微观结构决定了其对金的吸附性能,其石墨烯区域和含氧官能团区域(氧化区)共同发挥作用是实现其优异的金吸附提取性能的关键。其中石墨烯区域可以自发地将金离子还原为金属态金,与此同时氧化区提供了良好的分散性,保证了石墨烯的大比表面积及对金离子的高效吸附。而且石墨烯材料可以对金离子实现精准的选择性吸附。通过调控其含氧官能团的质子化过程,石墨烯在几乎不吸附共存的其他金属元素的前提下,可以从电子垃圾中精准地提取金。此外,该团队还发展了一种基于石墨烯薄膜的连续金吸附方法,适用于规模化生产,可高效、连续地从电子垃圾中回收金资源。值得注意的是,由于采用商用氧化石墨烯为原材料,其成本远低于金价,因此该石墨烯材料具有大规模应用的经济可行性,为解决金资源可持续性发展和电子垃圾回收的双重挑战提供了一个新的解决方案。

图2.(a)石墨烯分散液(左)和石墨烯薄膜(右);(b)基于石墨烯薄膜连续吸附痕量金的示意图和(c)吸附效率;(d)石墨烯从电子垃圾中回收金的工艺示意图

该研究工作以“还原氧化石墨烯高效、选择性提取金”(Highly Efficient and Selective Extraction of Goldby Reduced Graphene Oxide)为题,在线发表在国际期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。

中科院深圳理工大学(筹)和深圳先进技术研究院教授成会明院士,诺贝尔物理学奖得主、曼彻斯特大学及清华大学深圳国际研究生院盖姆石墨烯中心教授安德烈·盖姆(AndreGeim)和清华大学深圳国际研究生院助理教授苏阳为论文通讯作者,清华大学深圳国际研究生院2020级博士生李飞和博士后朱九一为共同第一作者。论文作者还包括曼彻斯特大学孙鹏展博士,清华大学深圳国际研究生院副教授邹小龙、博士后李振庆等。本工作得到了清华大学深圳国际研究生院科研启动基金和深圳盖姆石墨烯中心的资助。

论文链接:

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32204-4

供稿:深圳国际研究生院

题图设计:李娜

编辑:邱收

审核:吕婷

2022年08月04日 09:11:56

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