南京大学任洪强院士ES&T|葡萄糖介导的水热过程回收电子垃圾中的高价值金属

4月27日，南京大学任洪强院士和曲展助理教授（共同通讯）在Environmental Science & Technology在线发表了题为“Selective and Sustainable Recovery of High-Value Metals from e-Waste via a Glucose-Mediated Hydrothermal Process”的研究论文，报道了一种葡萄糖介导的水热策略，用于从复杂的电子垃圾中高效回收高价值金属。

随着人工智能的迅速兴起，高性能计算设备的加速迭代极大地增加了电子垃圾的产生量，预计到2030年将达到约500万吨。尽管这些有害废物的积累对生态系统构成了严重威胁，但电子垃圾也是一种极其丰富的二次资源，其中贵金属的浓度比原生矿石高出约10倍。因此，对电子垃圾进行合理的回收利用，可以同时解决资源保护和环境污染缓解的问题。然而，传统的回收方法受到电子垃圾复杂金属体系的限制，导致金属回收率低（低于60%），并产生大量二次废水（每处理一吨电子垃圾产生5至10吨废水）。这种部分回收策略无法解决关键资源枯竭以及未回收废渣造成日益严重的二次污染这双重挑战。因此，开发一种绿色、环境可持续且高选择性的电子垃圾处理方法势在必行。

本文报道了一种葡萄糖介导的水热策略，用于从复杂的电子垃圾中高效回收高价值金属。葡萄糖作为一种多功能配体，建立了一条特定的金属-有机配位路径，从而实现选择性金属回收。通过精确调控反应动力学和热力学参数，所提出的金属-配体水热策略对铁和银的回收率分别达到了99.16%和98.67%，同时将铅和镍等有毒金属转化为高附加值的副产品，且无需任何高能耗的纯化步骤。值得注意的是，该过程在闭环系统内运行。所有残余溶液均被回收利用，消除了二次废水排放，并实现了对资源中所有组分的充分利用。密度泛函理论计算和径向分布函数分析进一步揭示了选择性的分子基础：铁(III)优先与葡萄糖的醛基和羟基形成双齿螯合物，这一过程伴随着促进快速成核和沉淀的静电相互作用。相比之下，其他金属离子，如银(I)和铅(II)，主要通过单氧位点进行配位。技术经济分析证实了该工艺的经济可行性，表明每处理一吨电子垃圾可产生2460美元的净利润。本研究基于对选择性配位化学的分子层面理解，为先进的电子垃圾回收提供了一个可持续且具有经济吸引力的“废物变资源”平台。