近日，比利時科學(xué)家開發(fā)了一種從金屬絲和廢汽車催化劑中回收貴金屬的簡單而環(huán)保的方法。使用高度濃縮的硝酸鋁和氯化鋁溶液，他們能夠溶解金和鉑族金屬，然后沉淀出純金屬，使它們有可能被回收和再利用。
黃金、鉑和鈀等金屬十分昂貴，在化工、醫(yī)藥、航空航天、汽車技術(shù)和珠寶等領(lǐng)域都具有極高的價值。然而，這些貴金屬產(chǎn)量稀少，而且難以提純，這意味著獲得貴金屬的最佳方法之一是從廢棄產(chǎn)品(如催化和電子垃圾)中回收它們。
從其他材料中提取貴金屬的常用方法是將該材料溶解在溶液中。然而，由于貴金屬的反應(yīng)惰性，制備溶解液是一個巨大的挑戰(zhàn)。高效的回收貴金屬需要較高的溶解速率和可控的選擇性。
德國亥姆霍茲埃爾朗根-紐倫堡可再生能源研究所(Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg)的Serhiy Cherevko教授表示，貴金屬可以用不同的濕法冶金方法溶解。然而，所有現(xiàn)存的方法都有缺點(diǎn)，最常見的方法是用鹽酸作絡(luò)合劑，用硝酸、氯或過氧化氫作氧化劑。
鹽酸和硝酸的混合物也被稱為王水(aqua regia)，源自拉丁語，意為“皇家之水”(royal water)，工業(yè)上經(jīng)常用來溶解金和鉑。然而，這種混合物具有潛在危險，而且對環(huán)境影響較大。因此，研究人員一直致力于尋找它的替代品。
比利時魯汶大學(xué)（KU Leuven）的Sofia Riano表示，與傳統(tǒng)的使用強(qiáng)酸混合物來溶解所有物質(zhì)的策略不同，團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)是在更溫和的條件下實(shí)現(xiàn)對鈀和鉑材料的高選擇性溶解。目前該團(tuán)隊(duì)選擇使用兩種不同的鋁的酸性鹽溶液來溶解鉑、鈀和銠，而靈感則來自于1973年發(fā)表的一項(xiàng)研究。
魯汶大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人Koen Binnemans解釋說:“我總是喜歡翻閱舊文獻(xiàn)，尋找那些當(dāng)時無法解釋，但可能被現(xiàn)代研究方法解決的重要觀察結(jié)果。”15年前，Binnemans偶然發(fā)現(xiàn)了Charles Austen Angell的一項(xiàng)研究，該研究表明，鋁鹽溶液溶解貴金屬的速度比王水要快得多。Angell計(jì)劃在后續(xù)工作中調(diào)查這一觀察結(jié)果，但這些結(jié)果從未發(fā)表。
受到這項(xiàng)工作的啟發(fā)，Binnemans團(tuán)隊(duì)制備了一種高濃度的水合AlCl3和Al(NO3)3的混合物并在金屬絲和廢汽車催化劑上進(jìn)行了測試。當(dāng)將鈀金屬絲置入溶液后，溶液中的硝酸鹽離子使金屬氧化。氧化后的金屬與氯離子之間形成了一種氯鈀酸鹽(II)復(fù)合物，且能夠穩(wěn)定存在與低pH條件下。在數(shù)小時內(nèi)，鈀金屬絲完全溶解在溶液中，然后用維生素C進(jìn)行還原沉淀,從而回收鈀金屬。
Riano指出，除了鈀以外，鉑也可以溶解，只是需要更長的時間。但是金屬銠幾乎保持完整，與王水溶解的結(jié)果相似。主要源于銠極端的反應(yīng)惰性，需要在高溫高壓的條件下才能對其進(jìn)行溶解。
雖然這種鋁鹽溶液不能夠重復(fù)使用，但是該它們比王水的毒性小得多，而且易于安全處理。目前，研究團(tuán)隊(duì)的下一步的工作是對回收金屬的產(chǎn)量和純度進(jìn)行優(yōu)化。
Cherevko表示，雖然從汽車催化轉(zhuǎn)換器中溶解鈀、鉑和銠的實(shí)驗(yàn)成功了，但是該放大的局限之處也很明顯，就是僅適用于從燃料電池、電解裝置、光伏和電子產(chǎn)品中回收金和鉑族金屬。進(jìn)一步的研究應(yīng)該是探究其他高濃度金屬鹽對溶解速率的影響。
Riano補(bǔ)充道,“我們希望科學(xué)家們意識到除了王水，還有其他替代的方法溶解這些貴金屬。更重要的是，不需要為了獲得最有價值的金屬而過濾掉所有其他金屬?！蓖瑫r，他也希望這項(xiàng)研究能激勵人們?nèi)ヌ钛a(bǔ)這一項(xiàng)存在了幾十年的知識鴻溝。
參考文獻(xiàn)：
1 F Forte, S?Ria?o?and K?Binnemans, Chem.?Commun., 2020, 56, 8230 (DOI: 10.1039/d0cc02298e)
2 E J?Sare, C T Moynihan and C?A?Angell, J. Phys. Chem., 1973, 77, 1869 (DOI: 10.1021/j100634a011)
