原創(chuàng) Kai,小羽 世界頂尖科學(xué)家論壇 來自專輯星辰大海

還記得我們推送過的2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主弗雷澤·斯托達(dá)特（Fraser Stoddart）嗎？

他在上月15日發(fā)推感嘆時(shí)光易逝，還順帶犯了個(gè)數(shù)學(xué)計(jì)算小錯(cuò)誤，但是沒過幾天，他又有了新的突破，這次他化身了黃金捕手，能夠點(diǎn)電子垃圾成金！

斯托達(dá)特果然做到了導(dǎo)師當(dāng)年對(duì)他的教導(dǎo)：你要心懷大的夢(mèng)想。

擁有大的夢(mèng)想。圖｜Wellness Universe

為什么電子垃圾會(huì)極速飆升？

在2016年，全球人口丟棄了4900萬噸的電子垃圾。這個(gè)數(shù)字什么概念呢？相當(dāng)于大約4500座埃菲爾鐵塔。而估計(jì)到2021年，這個(gè)數(shù)字將增長(zhǎng)到5700萬噸以上。

科技正越來越多地融入我們生活的方方面面。可穿戴設(shè)備、智能家居、互聯(lián)網(wǎng)電視等等，半導(dǎo)體和傳感器這些產(chǎn)品正在以勢(shì)如破竹之態(tài)攻占我們的生活。

阿拉巴馬州的電子垃圾。圖｜Columbia University

與此同時(shí)，電子設(shè)備的壽命越來越短。許多產(chǎn)品的宿命就是一旦電池耗盡，就被主人扔掉，一代新設(shè)備換舊設(shè)備。

而很多公司也會(huì)通過更新設(shè)計(jì)或軟件，終止對(duì)舊型號(hào)產(chǎn)品的支持，有意識(shí)地計(jì)劃著商品的淘汰。

事實(shí)上，現(xiàn)在購(gòu)買新產(chǎn)品普遍比維修舊產(chǎn)品更便宜、更容易。這些公司也繼續(xù)從穩(wěn)定的銷售中獲利。

由于電子設(shè)備的價(jià)格在不斷下降，隨著日益壯大的中產(chǎn)階級(jí)走向數(shù)字化，世界各地對(duì)于電子設(shè)備的需求量也在越來越大。

大多數(shù)人在購(gòu)買 "最新和最棒的 "技術(shù)時(shí)都不會(huì)三思而行。畢竟，公司和他們的營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了大量的金錢來確保我們對(duì)下一個(gè)iPad、Xbox 360 Kinect或LED電視的渴望。圖｜Money Crashers

根絕哥倫比亞大學(xué)地球研究所2018年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)，在全球范圍內(nèi)，就已經(jīng)有一半的家庭可以上網(wǎng)，77億人擁有手機(jī)。

電子垃圾中有什么？

理論上，電子設(shè)備由復(fù)雜的材料混合而成，包括金、銀、銅、鉑、鈀、鋰、鈷和其他有價(jià)元素。這些珍貴的材料可以通過回收再利用。

過剩的電子垃圾里有什么。圖｜Coin World

隨著電子產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，它們包含的貴金屬也相應(yīng)地越來越多。

但是，由于回收這些金屬既困難又危險(xiǎn)，因此這些現(xiàn)在被叫為“電子垃圾”里的貴金屬，最終的結(jié)果也不外乎混合著其他的組成部分一起被填埋。

電子垃圾的處置是一個(gè)日益嚴(yán)重的全球問題。拉各斯的垃圾海不斷擴(kuò)大。圖｜The Conversation

新材料橫空出世：抓黃金，我最高效

一個(gè)國(guó)際研究小組借助多孔卟啉制造了一種吸附劑，可以從電子廢物中回收貴金屬。

《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）于6月22日刊登了標(biāo)題為《通過多孔卟啉聚合物從電子廢物中回收貴金屬》（Precious metal recovery from electronic waste by a porous porphyrin polymer）的論文，通訊作者之一就是斯托達(dá)特（Fraser Stoddart）。

多孔卟啉聚合物（COP-180）可以從計(jì)算機(jī)電路板中提取黃金，并生產(chǎn)出純金塊。圖｜Yeongran Hong

事實(shí)上，斯托達(dá)特的小組并不是唯一深耕于吸附劑創(chuàng)造的。

很多研究小組都嘗試過各種材料，來研發(fā)新材料——能夠吸收其他物質(zhì)，可以從電子垃圾中回收貴金屬。

但到目前為止，無論從經(jīng)濟(jì)效益還是環(huán)境保護(hù)來說，結(jié)果都不盡如人意。

而斯托達(dá)特團(tuán)隊(duì)的這次嘗試，卻成功地找到了方法來合成一種多孔聚合物吸附劑。這種吸附劑能夠以廉價(jià)、清潔和高效的方式從電子垃圾捕捉貴金屬。

這項(xiàng)研究涉及到卟啉，它是一種具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的分子，容易與包括貴金屬在內(nèi)的過渡金屬（指元素周期表中d區(qū)的一系列金屬元素）結(jié)合。

研究小隊(duì)選擇了卟啉作為突破口，他們將卟啉的環(huán)連接了起來，從而制造了一種名為COP-180的聚合物吸附劑。

斯托達(dá)特等人指出，COP-180的結(jié)構(gòu)使得它即使被浸泡在酸性溶液中時(shí)，仍然能夠保持它的穩(wěn)定性。

這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樗嵝匀芤菏怯脕砣コ娐钒搴鸵曨l屏幕上的金屬的。而COP-180的高孔隙率使它能夠吸附大量的貴金屬。

COP-180僅需通過兩步法合成，在合成四硝基卟啉單體后，再與對(duì)苯二胺通過Wohl-Aue偶聯(lián)反應(yīng)合成最終產(chǎn)物。無論在氮?dú)膺€是在空氣下，其熱穩(wěn)定性都高達(dá)400℃。

在具有競(jìng)爭(zhēng)離子的測(cè)試中，COP-180對(duì)大多數(shù)的元素顯示低于3％的吸附效率，而對(duì)鉑、鈀、金分別具有99.7％，99.4％，和98.8％的吸附效率。

并且在真實(shí)的電子垃圾測(cè)試中，COP-180展示了對(duì)金94％的捕捉效率。最后，研究者計(jì)算了從打印線路板回收黃金的經(jīng)濟(jì)效益。

COP-180從化學(xué)原料的購(gòu)買到合成的花費(fèi)是$5/g，而每克COP-180對(duì)黃金的回收價(jià)值能夠高達(dá)$64，且其中的利潤(rùn)會(huì)隨著COP-180的循環(huán)利用得到極大提高，這充分展現(xiàn)了該項(xiàng)研究的極高經(jīng)濟(jì)性。

新型多孔卟啉聚合物可以從電子垃圾中精準(zhǔn)抓取金。圖｜Yeongran Hong

參考信源

1. Columbia University, What Can We Do About the Growing E-waste Problem?,https://blogs.ei.columbia.edu/2018/08/27/growing-e-waste-problem/

2. Ars Technica, New polymer easily captures gold extracted from e-waste,https://arstechnica.com/science/2020/06/new-polymer-easily-captures-gold-extracted-from-e-waste/

3. Phys Org, New polymer easily captures gold extracted from e-waste,

https://phys.org/news/2020-06-porous-porphyrin-reclaim-precious-metals.html

4. PNAS，Precious metal recovery from electronic waste by a porous porphyrin polymer, https://www.pnas.org/content/early/2020/06/17/2000606117

延伸閱讀

排版｜Kai

責(zé)編｜羽華

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