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新型吸附材料-从电子垃圾废液中提炼与富集金

01
所属领域
Field

新材料,环保,贵金属元素提炼与富集技术领域

02
项目介绍
Project Introduction
痛点问题

1)全球范围金矿日益枯竭与黄金重要战略地位的矛盾;

2)每年工业产生的电子废弃物高达4500万吨,仅有20%得到有效回收利用;

3)现存后处理方案(氰化物提取法及混汞法)对环境及操作人员危害较大;

4)现存后处理方案(焚烧法)能源消耗大、原子经济性低、易产生有毒气体。

解决方案

本项成果开发了一类可用于选择性提取金元素的含硒多孔高分子材料,并为其设计了绿色非焚烧后处理及可循环使用方案。基于上述技术,有望实现硒醚提炼与富集金元素技术的工业化,为可持续贵金属资源的发展与可循环经济的建设做出贡献。

竞争优势分析

近五年,研究人员在本领域取得的代表性成果如下:

1)2018年,瑞士洛桑联邦理工学院Weedy L. Queen课题组所报道的Fe-BTC/PpPDA;

2)2020年,美国西北大学J. Fraser Stoddart课题组与韩国科学技术院Cafer T. Yavuz课题组联合报道的COP-180;

3)2020年,本项成果开发的Se-IPDI。

就三者性能与成本而言,Fe-BTC/PpPDA吸附容量为934 mg金元素/g材料,制备成本未被报道;COP-180吸附容量为1620 mg金元素/g材料,制备成本为5 USD/g;Se-IPDI吸附容量为802 mg金元素/g材料,制备成本为0.17 CNY/g。基于如下公式对材料的经济效益进行粗略估算:



  

可以发现,Se-IPDI的经济效益比COP-180高2个数量级,具有显著的经济优势。此外,Se-IPDI对铜、镍这两种主要干扰元素分别具有高达437倍与443倍的选择性,对电子废水中低浓度的金元素具有高达99.8%的吸附效率。

由清亦华知识产权代理事务所为该项目开展的创新性检索显示,利用硒醚提炼与富集金元素,国际上没有同类技术;金元素提炼技术的相关专利主要分布在中国和日本。

市场应用场景

随着《废弃电器电子产品回收处理管理条例》的实施及近年来我国对绿色经济的倡导,废弃电器电子产品的回收处理将会得到进一步的社会关注与政策支持。相比传统炼金工艺与现存其他技术,本项成果具备流程简便、将金元素的还原与富集过程相统一、后处理过程绿色环保无需高温焚烧等特点,兼具经济效益与社会效益,拟面向我国蓬勃发展的电子产业,针对废弃电器电子产品,对其中的金元素实现选择性高效绿色回收。

发展规划

前期研究已成功阐明硒醚结构选择性富集金元素的化学机理,并推出两款吸附材料,设计了相应的应用模型:

1)含硒聚氨酯:可用作工业填料柱的固相填料,通过动态萃取的方式对溶液中的离子型金元素实现选择性富集(图1a)。绿色非焚烧后处理及可循环使用方案将保证产品的原子经济性与环境友好性(图1b)。



1. (a)基于含硒聚氨酯的水相循环冶金系统;(b)含硒聚氨酯的绿色后处理及功能性再生过程。

2)含硒海绵:具有多孔结构,便于存储运输、操作简单。其微观结构与金提取过程如图2所示。


2.(a)含硒海绵提取金元素前后的扫描电子显微镜图;(b)含硒海绵用于金元素提取。

未来拟开展:

1)技术放大;

2)验证放大规模下绿色后处理方案的可行性;

3)通过与传统焚烧后处理工艺比较,评估绿色后处理方案的综合经济效益;

4)评估放大反应中废水、废气及固体废弃物的产生;

5)设计可用于工业化回收金元素的绿色生产线。

知识产权

与本领域企业合作,开展技术放大等产业化探索工作。

03
合作需求
Cooperation needs

与本领域企业合作,开展技术放大等产业化探索工作。

04
团队介绍
team introduction
许华平教授,清华大学化学系教授,博士生导师。全球含硒高分子研究领军人物,所带领团队在硒动态化学、含硒功能材料、含硒生物医药等领域开创了一系列代表性工作。曾获2018纳米研究青年创新者奖;2017年中组部万人计划领军人才;2016年科技部中青年科技创新领军人才;2014年中组部万人计划青年拔尖;2014年自然科学基金委杰出青年科学基金;2011年中国化学会青年化学奖;2011年教育部新世纪优秀人才支持计划等荣誉。现任清华大学化学系副系主任、化学学位评定分委员会主席、ACS Biomaterials Science & Engineering副主编、北京市化学会副秘书长、中国化学会化学学科教育委员会副主任等职务。
05
联系方式
Contact information

联系人:李老师

E-mail :  lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn

成果编号:2021057


清华四川能源互联网研究院:

联系人:房炫伯(产业发展部主任)、殷国梁(产业发展部主管)

联系电话:17708194317(同微信号)、15810916713(同微信号)


注:本项目信息来源于自清华大学技术转移研究院