Химики синтезировали пористый полимерный сорбент, который оказался способен с эффективностью более 99 процентов селективно адсорбировать драгоценные металлы из сложных многокомпонентных смесей. Один грамм дешевого по себестоимости полимера связывал более полутора грамм золота, что в десять раз выше теоретически рассчитанного значения.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Часто в создании печатных плат используют золото, которое не выделяют из использованных электронных устройств, так как процедура отделения драгоценных металлов из сложных многокомпонентных смесей длительная, а применяемые реагенты токсичны для человека и окружающей среды. Ученые ранее предлагали использовать адсорбенты на основе биоматериалов, такие как полисахаридные гели и модифицированные гели из танинов хурмы. Они были способны сорбировать более семи с половиной миллимоль золота на грамм сорбента. Однако подобные адсорбенты обычно проверяют в растворах с одним или несколькими ионами металлов, что не показывает их применимости для переработки электроники или выделения драгоценных металлов из сточных вод с большим числом мешающих ионов.
Перспективными сорбентами благородных металлов могут стать материалы с порфириновыми участками. Структура и свойства порфиринов позволяют им связывать ионы таких металлов с высокой селективностью. Енгран Хонг (Yeongran Hong) с коллегами из Корейского института передовых технологий разработал стабильный пористый полимер с порфириновыми участками, способный количественно адсорбировать ионы благородных металлов из растворов сложного состава печатных плат в смеси кислот. Синтез материала химики провели из доступных реагентов в две стадии: сначала авторы получили мономер тетранитро порфирина из четырех молекул пиррола и п-нитробензальдегида и сшили их между собой в сетку с помощью п-фенилендиамина. Адсорбирующие свойства полученного материала проверяли как в стандартных растворах, которые содержали один изучаемый элемент, так и в растворах печатных плат в смеси соляной и азотной кислот.
Структура связей в полученном полимере обеспечивала его стабильность в кислых растворах, а порфириновые участки и высокая пористость позволила сорбировать золото и платину в больших количествах. Один грамм сорбента мог связать 1,62 грамма золота: это почти в десять раз выше, чем теоретические предположения, основанные на том, что один порфириновый участок связывает один ион металла. Исследования рентгеновской дифракцией указали на то, что золото в материале находилось в виде кластеров, в отличие от платины, которая распределилась по полимеру равномерно и сорбировалась в количествах, сопоставимых с теоретическими.
В стандартных растворах, которые содержали множество ионов металлов, полимер смог связать более 99 процентов платины, палладия и золота, а также другие благородные металлы, но в меньших количествах: почти 70 процентов иридия, 63 процента родия, 40 процентов рутения, 25 процентов серебра и менее 15 процентов меди. Большинство элементов из 66, содержащихся в растворе, адсорбировались менее чем на три процента от исходного количества ионов в растворе. Из раствора печатных плат в царской водке, в котором авторы обнаружили 27 элементов, ученым удалось выделить золото с чистотой выше 99 процентов с эффективностью в 94 процента.
По словам авторов, переработка компонентов электронных устройств с помощью предложенного полимера выгодна экономически: грамм сорбента стоимостью пять долларов связывает золота на сумму около 64 доллара. Более того, сорбент можно ипользовать повторно.
Сорбирующие материалы также применяют для устранения экологических катастроф. Недавно ученые сообщили о разработке губок, покрытых накокомпозитными и магнитными частицами, способные эффективно справляться с разливами нефти.
