12 августа исследовательская группа Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США) разработала новую молекулу с постоянным зарядом, которая позволяет с помощью электричества управлять процессом жидкостной экстракции для селективного извлечения золота из выщелачивающих растворов электронных отходов. Результаты экспериментов показали, что данный метод позволяет сократить расход химикатов на этапе разделения на один-два порядка, что эквивалентно снижению примерно на 90–99%.
Традиционная жидкостная экстракция переносит и разделяет ионы металлов с помощью двух несмешивающихся жидкостей, что обычно требует добавления большого количества кислот, щелочей и промежуточных химических реагентов. Ранее разработанная исследовательской группой электрохимическая жидкостная экстракция уже позволяла извлекать золото и металлы платиновой группы с помощью окислительно-восстановительных реакций, однако для завершения цикла извлечения и высвобождения металлов всё ещё требовалось добавлять вспомогательные реагенты.
Новая молекула одновременно обладает способностью к селективному связыванию металлов, постоянным зарядом и растворимостью в органической фазе. Встроенный заряд выполняет функцию электролита, обеспечивая проводимость экстракционного раствора. При подаче электрического тока окислительно-восстановительное состояние молекулы изменяется, и она связывается с ионами золота, перенося их в органическую фазу; после изменения электрического сигнала молекула высвобождает золото и вступает в следующий цикл разделения, что позволяет исключить промежуточные химические реагенты.
Исследовательская группа уже провела лабораторные испытания с использованием выщелачивающих растворов электронных отходов. Ценные металлы из электронных отходов сначала переходят в выщелачивающий раствор, после чего новая молекула селективно улавливает содержащееся в нём золото. Данное исследование в основном подтверждает молекулярную конструкцию и механизм электрохимической экстракции; данные о масштабах переработки непрерывной промышленной установки, степени извлечения золота и удельном энергопотреблении пока не опубликованы.
Путём изменения химической структуры экстракционных молекул эта электрохимическая платформа может также использоваться для извлечения металлов платиновой группы из отработанных автомобильных катализаторов, а также других ключевых металлов из хвостов горнодобывающих предприятий и промышленных потоков отходов. Основная конструкция платформы разделения может оставаться неизменной — достаточно лишь модифицировать связывающие участки и окислительно-восстановительные свойства экстрагента в зависимости от целевого металла.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Energy Letters. Финансовую поддержку оказала программа фундаментальных исследований в области энергетики Управления науки Министерства энергетики США. На следующем этапе группа планирует продолжить работы по масштабированию процесса и промышленному применению, а также использовать вычислительное моделирование и искусственный интеллект для ускорения разработки экстракционных молекул для различных металлов.