Электроактивная молекула упрощает извлечение золота из электронных отходов

Извлечение ценных металлов из отработанной электроники, промышленных отходов и сточных вод горнодобывающих предприятий обычно требует значительного объема химических реагентов. Разработка команды под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су может упростить этот процесс и сократить образование химических отходов.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters.

Как электричество заменяет реагенты

Новая работа развивает предложенный группой Су в 2024 году непрерывный электрохимически опосредованный процесс жидкостно-жидкостной экстракции (e-LLE) золота из электронных отходов. В этой системе электричество заменяло многие кислоты и основания, применяемые при разделении и очистке металлов. Однако для завершения цикла все еще требовались дополнительные реагенты.

Теперь исследователи изменили сам экстрагент. Разработанная ими многофункциональная молекула избирательно связывает ионы металлов, имеет постоянный электрический заряд и остается растворенной в органической фазе. Благодаря встроенному заряду процессом можно управлять напрямую с помощью электричества, без промежуточной химической стадии.

«Новая молекула имеет постоянный встроенный заряд, который действует как электролит, позволяя жидкости проводить электрический ток, — объяснила научный сотрудник и соавтор статьи Дебора Шмитт. — Именно это позволяет проводить окислительно-восстановительные реакции с помощью электричества, а не химических веществ».

По словам Сяо Су, молекула связывает металл и переносит его в органическую фазу, после чего под действием электричества высвобождает его.

Расход химикатов сократился в 10–100 раз

В лабораторных условиях прямое электрохимическое управление сократило потребление химических реагентов на один-два порядка и упростило цикл экстракции. Авторы считают, что замена промежуточных реагентов электричеством потенциально может уменьшить объем химических отходов и энергозатраты.

Технологию испытали на селективном извлечении золота из растворов, полученных после растворения ценных металлов из отработанной электроники. Золото использовали как модельный металл: основная задача исследования состояла в том, чтобы определить принципы создания электроактивных экстрагентов для других процессов разделения.

Возможности для извлечения других металлов

По словам аспиранта и соавтора работы Адерийике Агуды, систему можно адаптировать для извлечения металлов платиновой группы из отработанных автомобильных катализаторов, а потенциально — и других важных элементов из отходов горнодобывающей промышленности и сложного сырья.

Электрохимическая часть платформы при этом остается практически неизменной. Для работы с конкретным металлом исследователям потребуется адаптировать химический состав экстрагента.

Следующий этап — масштабирование

Исследование формирует основу для жидкостно-жидкостной экстракции с электрическим управлением. Следующий этап работы будет посвящен масштабированию процесса для промышленного применения.

Команда также разрабатывает другие молекулярные конструкции и рассматривает применение вычислительного моделирования и искусственного интеллекта для ускорения поиска новых экстрагентов. По оценке авторов, подход может стать основой масштабируемых методов разделения металлов с меньшим расходом реагентов и объемом отходов.