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环境学院郭军康教授团队在贵金属选择性回收研究方面取得系列成果

2023年11月22日 12:09 张蕾 点击:[]

近日,澳门永利304登陆郭军康教授团队在《Carbohydrate Polymers》(中科院一区top期刊,IF=11.2)发表题为“Tailoring hierarchical nanostructures of tannin acid/alginate beads for straightforward selective recovery of high-purity Au(0) from aqueous solution”的最新研究论文,郭军康教授为通讯作者,张蕾博士为第一作者。近年来,团队在贵金属选择性回收研究方面取得系列成果,已在《Chemical Engineering Journal》(中科院一区top期刊,IF=15.1)和《Journal of Hazardous Materials》(中科院一区top期刊,IF=13.6)正式发表,澳门永利304登陆环境学院均为第一单位和通讯单位。

【成果1】单宁酸/海藻酸珠的分层纳米结构构建以直接从水溶液中选择性回收高纯度Au(0)

利用具有功能特性和合理多孔结构的生物质材料从二次资源中回收贵金属(Au(III))具有巨大潜力,但在实现金属态Au(0)的快速还原和高回收率方面面临挑战。本研究提出了一种新的概念,通过调整单宁酸(TA)结构和TA功能化海藻酸凝胶珠(P-TOSA)的多孔结构,有效地获得高纯度Au(0)。通过结构工程优化,具有多级结构的P-TOSA微珠对Au(III)具有优异的选择性和回收能力(756.1±2.7 mg/g),同时通过螯合化学吸附和酚基氧化还原反应的协同结合,在广泛的pH值(1.0-8.0)范围内对Au(III)保持99%以上的回收效率。值得注意的是,基于TA的纳米结构更利于Au(0)还原作为成核位点,从而促进了金晶体在大孔隙脉网中的延伸和迁移,最终形成一个由90.4±0.4%元素金组成的外壳。实验发现紫外辐射可进一步形成动态氧化还原体系,通过异常晶粒生长模式加速Au(III)还原为超高纯度Au(0)93.3±1.1%)。本工作提出了一种实用而直接的利用生物质微珠回收金属形式的贵金属的方法,而不使用有毒洗脱剂或额外的还原剂,为固废资源中贵金属绿色高效回收提供了新思路。

【成果2】双硫脲固定化UiO-66-NH2从水溶液中高效选择性回收Au(III):性能与机理

研究利用双硫脲负载制备出一种具有高还原活性的吸附剂(UiO-66-BTU),发现引入的C=S官能团对Au(III)的还原(Au(III)→Au(0))是金以金属形态回收的主要机制,并且MOF的纳米孔道结构能促使Au以原位限域成核-晶粒融合-晶面生长-颗粒循环释放,实现离子态金的高效单质化分离回收,回收后金单质Au(0)纯度达80%。团队制备的UiO-66-BTU膜在保持大吸附容量、高的表面还原活性同时,实现材料多循环稳定应用,展示出良好的实际应用价值。

【成果3】硫脲改性离子印迹壳聚糖树脂对金的选择性吸附机理

从二次资源浸出液中提取和回收黄金对黄金生产至关重要,直接关系到整个生产过程的效率。研究合成了硫脲修饰壳聚糖印迹树脂(IM-TUCS)。吸附结果表明,吸附在4 h内达到平衡,Langmuir模型拟合数据较好的,IM-TUCS对金的吸附量可达到933.2 mg·g−1IMTUCS对金的吸附效果优于其他阴离子和阳离子。利用x射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和x射线衍射分析进一步研究了Au(III)IM-TUCS上吸附的机制,表明 在低pH条件下,树脂上的氨基质子化促进了Au(III)的吸附;并且IM-TUCS中含有与Au(III)强配位的C-OHC=SC-NH2基团中的ONS。此外,IM-TUCSAu(III)具有特定的识别能力。经洗脱液洗脱后,,IM-TUCS可重复使用4次,金回收率约为93%,显示出较高的潜在经济价值。

【文章链接】

1. Zhang, L., Fan, X., Wang, J., Zhang, C., Laipan, M., Guo, J*. (2023). Tailoring hierarchical nanostructures of tannin acid/alginate beads for straightforward selective recovery of high-purity Au (0) from aqueous solution. Carbohydrate Polymers, 121534.

https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121534

2. Guo, J., Fan, X., Wang, J., Yu, S., Laipan, M., Ren, X., Zhang, C., Zhang L*., Li, Y*. (2021). Highly efficient and selective recovery of Au (III) from aqueous solution by bisthiourea immobilized UiO-66-NH2: Performance and mechanisms. Chemical Engineering Journal, 425, 130588.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130588

3. Guo, J*., Fan, X., Li, Y., Yu, S., Zhang, Y., Wang, L., Ren, X*. (2021). Mechanism of selective gold adsorption on ion-imprinted chitosan resin modified by thiourea. Journal of Hazardous Materials, 415, 125617.

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125617


(核稿:陈庆彩 编辑:李小飞)

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