废旧电子设备中，除了金、银、铜等有价金属，塑料外壳内还蕴藏着另一种关键金属——锑。锑常以三氧化二锑形式与溴系阻燃剂配合，用于降低电子设备起火风险。然而，设备报废后，这些添加剂成为塑料回收的阻碍。传统高温处理不仅易导致锑流失，还可能产生有毒含溴化合物，造成二次污染。
近日，美国莱斯大学团队在 Nature Chemical Engineering 发表研究成果，提出利用改进的闪速焦耳加热技术，在数秒内同步实现金属锑回收与塑料脱溴。
实验数据显示，该方法锑回收率约 90%，纯度超 97%；同时约 83% 的溴以溴化氢（HBr）形式回收，有毒含溴有机物生成量较传统缓慢加热减少 34%-51%。
论文通讯作者包括莱斯大学教授 James M. Tour。作为美国国家工程院院士及多家科技公司创始人，Tour 长期致力于纳米材料及材料回收研究。
电子垃圾中的锑：为何难以回收？
相比稀土等热门关键金属，锑的存在感较弱，但其应用广泛。全球约 39% 的锑用于制造阻燃塑料，常作为溴系阻燃剂的协效剂。此外，锑也是合金和半导体领域的重要原料。由于资源供应集中，从废弃产品中回收锑可作为原生矿产的有效补充。
然而，从阻燃塑料中提取锑面临两大难题：
一是金属损失。传统热解过程中，锑可能挥发进入气相，若收集不当会造成流失。
二是二次污染。溴系阻燃剂受热分解可能产生多种有毒含溴有机化合物，增加废气处理难度。若采用强酸或有机溶剂等化学方法，则步骤繁琐且成本高昂。
研究第一作者叶豪鑫指出，过去缺乏成熟的工业级工艺，主要原因在于处理成本高且难以兼顾环保。单纯提取锑并非最难，难点在于如何在回收的同时避免产生新的含溴污染物。
技术突破：几秒完成回收与脱溴
为解决上述问题，团队采用了闪速焦耳加热（Flash Joule Heating，FJH）技术。该技术利用电流通过电阻材料产生热量，实现极短时间内快速升温。此前，Tour 团队已将其应用于石墨烯制备及贵金属、稀土回收。
针对含溴阻燃塑料的复杂性，团队开发了等温钳制闪速焦耳加热（IC-FJH）技术。通过改进装置，采用类似“三明治”的夹层结构，将粉碎后的废弃塑料置于两层通电碳纸之间，确保样品受热均匀且迅速达到设定温度。
图 | James M. Tour（来源：James M. Tour Group）
研究团队优化了加热程序，分为两个阶段：
首先是超快速升温。样品经过 200-500℃ 区间仅需约 9.4 毫秒，缩短了有害含溴中间产物的停留时间，从而抑制其挥发。
其次是短时间高温保持。此阶段促进氢辅助脱溴反应，使溴转化为易于吸收处理的溴化氢（HBr）；同时，高温还原反应将氧化锑转化为金属态锑，并通过挥发冷凝进行收集。
图 | 不同加热速率下的锑回收性能（来源：Nat Chem Eng）
在对电源外壳、印刷电路板和电气连接器三类废弃材料的测试中，该技术均表现出良好的处理效果：锑回收率约 90%，纯度超 97%；溴回收率约 83%；有毒含溴有机物生成量大幅降低。
产业化前景与挑战
生命周期评估显示，与传统路线相比，IC-FJH 技术资源消耗降低约 72%，气候变化影响降低约 65%，用水量降低约 80%，且多环芳烃生成量减少 100%。
目前，该技术已进入转化阶段。澳大利亚上市公司 Metallium 已与莱斯大学签署商业许可协议，并将废塑料锑回收应用纳入授权范围。
尽管实验室数据优异，规模化应用仍面临挑战：
一是传热问题。公斤级样品内部受热不均，影响处理效果。
二是能耗与设备要求。部分实验需 1700℃ 以上高温，对工业设计提出高要求。团队正尝试降低反应温度并优化反应器加热方式。
叶豪鑫表示，团队高度重视科研成果的产业化，后续将继续优化工艺，扩大技术适用范围，并在保持回收效果的同时降低处理成本，推动技术走向工业应用。
参考链接：
1.Ye, L.H., Cheng, Y., Silva, K.J. et al. Simultaneous antimony recovery from and debromination of flame-retardant electronic-waste plastics. Nat Chem Eng (2026). https://doi.org/10.1038/s44286-026-00455-3
2.https://news.rice.edu/news/2026/rice-researchers-develop-new-way-quickly-recycle-electronic-waste
3.https://jmtour.com/photos/
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注：封面/首图由 AI 辅助生成