翟茂林教授/石伟群研究员等CEJ：简单易合成COF用于电子废液中金的高效高选择性回收

第一作者：钟守超

通讯作者：袁立永*，翟茂林*，石伟群*

单位：北京大学，中国高能物理研究所

金是最稀有、最珍贵的金属之一。大量的金被用在手机等电子器件中。据不完全统计，40部手机中的金含量就与1吨矿石相当，因此从日益增加的电子垃圾中回收金对于金资源的高效利用至关重要。然而目前金吸附分离过程中所使用的吸附剂普遍对金吸附量低，选择性差且速度慢，严重制约了其在实际工业化领域中的应用。

本工作报道了一种结构简单，易于合成，富含羟基的TzDa-COF材料从模拟电子废水中高效回收金。由于TzDa-COF具有丰富的功能基团，较大的比表面积及规则的孔道，在不同条件下均展现出了对金优异的吸附性能。

通过模拟电子废液的动态柱实验证实了此材料在实际回收金中的应用潜力。配位和氧化还原而非离子交换的吸附机理进一步揭示了TzDa-COF对金高选择性吸附的根源。本研究为金的回收提供了一种应用性强的高效吸附剂，同时也有助于加速COF材料在重金属吸附分离领域中的实际应用。

基于此，北京大学翟茂林教授课题组与中国高能物理研究所石伟群研究员课题组合作，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Efficient and selective gold recovery from e-waste by simple and easily synthesized covalent organic framework”的文章。该论文详细探究了富含羟基的TzDa-COF材料在不同条件下对金的吸附行为，同时通过系统的表征和理论计算详细分析了了材料对金的吸附机理。

图1. TzDa-COF作为填充柱的对模拟电子废液中金的动态吸附效果以及吸附机理。

作为一种多孔晶态材料，COFs能够将各种功能化的结构单元添加到高度有序的周期阵列中。文献中已经通过复杂的预设计或后修饰合成了多种新型功能化的COFs，如硫醇功能化的COF、酰胺功能化的COF和具有多吸附位点的柔性COF用于金的回收。相比于已经报道的基于COF材料的金吸附剂，本工作采用的TzDa-COF结构简单，易于合成，在吸附金的性能上也极具竞争力。

TzDa-COF中的羟基官能团不仅充当金的吸附官能团，还通过与相邻的亚胺氮原子形成分子内氢键提升了材料的结晶性，使得材料更易于合成，拥有更高的比表面积，从而表现出对金更快的吸附动力学。

要点二：COF吸附性能测试

静态吸附实验结果表明TzDa-COF拥有对金快速的吸附动力学、高的吸附容量、优异的吸附选择性以及良好的吸附循环性能。详细探究了pH对TzDa-COF吸附性能的影响，结果表明在3 M盐酸的高酸度下材料对金的吸附性能仍未出现下降。将TzDa-COF作为填充柱，进行了回收模拟电子废液当中金的动态柱实验，在3 mL/min的高流速下TzDa-COF填充柱仍能对模拟电子废液中的金进行完全回收，展示出了其在实际应用中的潜在价值。

要点三：COF吸附机理研究

通过对吸附金不同时间后的TzDa-COF进行IR、PXRD、XPS表征，并结合理论计算，详细探究了吸附机理。结果表明TzDa-COF主要通过配位以及氧化还原作用对金进行吸附，而非大多数金吸附材料的离子交换机理。机理的研究进一步揭示了TzDa-COF在高氯离子浓度下的对金保持高效高选择性吸附的根源。对不同吸附时间的材料进行表征的方法也为吸附机理研究提供了新的思路。

要点四：前瞻

当前COFs材料仍然存在着制备条件苛刻、原料较为昂贵等问题，因此降低COFs的制备门槛与成本是未来COFs研究的重要方向。本工作探究了COFs在金吸附方面实际应用的可能性，在盐酸介质中TzDa-COF具有对Au(III)快速的吸附动力学、高的吸附容量和优异的选择性，且TzDa-COF填充柱对模拟电子废液中Au(III)的回收率高达99%以上，展现出了实际应用的潜力。

通过表征和计算研究了TzDa-COF对于Au(III)的吸附机理，这有助于进一步了解材料的特性，也为之后新的金吸附材料设计提供了方向。COFs合成成本的进一步降低与大规模工业生产仍然有待进一步探索。

Efficient and selective gold recovery from e-waste by simple and easily synthesized covalent organic framework

翟茂林教授简介：北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师，应用化学系主任，中国核学会辐射研究与应用分会副理事长，北京核学会副理事长。1999年获北京大学理学博士学位，2001-2002年获日本学术振兴会的资助在日本原子能研究所、东京大学从事博士后研究。

长期从事辐射化学与材料领域的教学及科研工作，主持完成国家自然科学基金等项目30余项，已培养硕士、博士及博士后50余人，在Chem、Adv Funct Mater、J Mater Chem A、Chem Eng J等学术刊物上发表论文260余篇（被引用7900余次，H因子52)，出版教材及专著11部，授权专利40余项。荣获北京大学教学优秀奖，北京大学优秀博士学位论文指导教师，中核集团及北京市科学技术奖等奖项。

在Chem、CCS Chem.、Appl. Catal. B: Environ.、Chem. Commun. 等国际知名期刊发表SCI 论文100余篇，成果被国内外同行广泛关注和引用， H因子40。2015年获高能物理研究所“优秀青年人才基金”；2017年入选中国科学院青年创新促进会；2019年被遴选为中国化学会铀元素代言人。

在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem、CCS Chem.、Nat. Commun、Adv. Mater.、Environ. Sci. Technol. 、Chem. Commun.等国际知名期刊发表SCI 论文200余篇，成果被国内外同行广泛关注和引用， H因子42 (Google Scholar)。获2019年国家杰出青年科学基金资助。分别担任期刊《Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology》和《Journal of Nuclear Science and Technology》的编委与国际顾问编委，中文期刊《核化学与放射化学》编委。

现为中国化学会核化学与放射化学分会常务理事、中国核学会锕系物理与化学分会常务理事、中国有色金属学会熔盐化学与技术专业委员会副主任委员、中国核学会核化工分会理事兼副秘书长。

钟守超，男，1995年出生，2018年6月于北京大学获学士学位，目前为北京大学博士研究生，主要研究方向为功能共价有机框架材料在分离金属离子方面的应用

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