摘要：随着工业的迅速发展，金作为一种常见贵金属已被应用于众多工业领域。然而，冶金工业废水中含有贵金属“金”，直接排放会造成资源浪费和经济损失。新型吸附材料如MOFs、COFs和功能化聚合物等在金的回收过程中展现了具有令人满意的吸附能力，但它们也存在一些局限性，包括合
昆明学院张毅副教授、何红星副教授&聂陟枫研究员：离子液体改性PVC纳米纤维通过光增强效应促进废水中金的回收
随着工业的迅速发展，金作为一种常见贵金属已被应用于众多工业领域。然而，冶金工业废水中含有贵金属“金”，直接排放会造成资源浪费和经济损失。新型吸附材料如MOFs、COFs和功能化聚合物等在金的回收过程中展现了具有令人满意的吸附能力，但它们也存在一些局限性，包括合成方法繁琐、成本高昂、不耐酸碱和难以回收利用。相比之下，电纺纳米纤维的制备相对简单，成本效益高，更容易回收利用。同时，其独特的长直径丝状形态可为功能性吸附位点提供广阔的接枝区域，从而确保这些位点的有效性和可行性。因此，开发一种能用于从废水中有效回收金的功能性电纺纳米纤维材料对贵金属资源循环利用至关重要。
近日，昆明学院云南省金属有机分子材料与器件重点实验室张毅副教授、何红星副教授和聂陟枫研究员团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了静电纺丝技术最新研究成果“An ionic liquid-modified PVC nanofiber facilitates gold recovery from wastewater by a light-enhancing effect”。研究者主要通过利用静电纺丝技术结合化学接枝法制备了一种具有光响应增强效应的离子液体改性聚氯乙烯（PVC）纳米纤维（IL-PVC），并将其应用于冶金工业废水中贵金属“金”的高效富集回收技术领域。研究发现，在光照条件下，IL-PVC在18小时内对Au(III)的吸附量达到1243.75 mg/g，比黑暗条件下的吸附量提高了1.6倍。此外，IL-PVC在模拟废水中对Au(III)具有高选择性，分配系数高达531.08 L/g。IL-PVC同时表现出良好的循环性能，经过六次循环后，其吸附效率基本保持不变。
图1：IL-PVC纳米纤维的形貌和结构表征。
IL-PVC纳米纤维是通过静电纺丝技术和化学接枝法制备的。如图1所示，原始PVC纳米纤维的直径均匀一致，没有串珠现象。改性聚氯乙烯纤维表面明显变得粗糙，直径相对于原始纤维的厚度也有所增加。通过PVC纳米纤维改性前后的扫描电镜（SEM），傅里叶红外光谱（FTIR），固体核磁13C谱（ssNMR）等表征可以表明4，4-联吡啶的成功接枝。通过IL-PVC纳米纤维吸附前后的X射线衍射光谱（XRD）和能谱分析（EDS）可以验证金被成功吸附于材料表面。
图2：pH和温度对吸附过程的影响。
图3：吸附过程的吸附动力学和吸附等温线拟合。
图4：IL-PVC对Au(Ⅲ)吸附的选择性和循环性。
图5：XPS谱图（分别在黑暗和光照条件下）。
图6：IL-PVC的电化学和EPR表征。
图7：吸附过程的相关DFT计算。
通过研究吸附过程不同条件（pH、温度、初始浓度和时间）对吸附过程的影响，结果表明整个吸附过程为自发吸热反应，吸附容量随温度升高而增加。通过对吸附过程的动力学和吸附等温线分析，表明吸附主要是由单分子层控制的化学吸附为主。在模拟工业废水的复杂环境中，IL-PVC对Au(III)具有显著的选择性和有效的吸附率。通过密度泛函理论（DFT）计算和X射线光电子能谱技术（XPS）对吸附的机理分析得到，吸附过程主要涉及静电、配位和氧化还原三种机制的协同作用。此外，通过电化学和电子顺磁共振（EPR）表征对光增强吸附的机理进行了研究，表明光生电子促进了金的还原，从而提升了IL-PVC对金的吸附。总之，本文通过实验结合理论计算，对IL-PVC吸附回收Au(Ⅲ)的现象和机理进行了详细的研究，其通过光生电子促进吸附回收的策略为废水中金的回收提供了新的见解和方法。
论文链接：
人物简介：
董浩楠，昆明学院化学化工学院2022级硕士研究生，曾获得“ACS国际分会首届亚太地区高校学生学术海报竞赛特等奖”、“校级三好学生”、“校级优秀干部”等荣誉称号，同时连续两年获得“校级奖学金”。
张毅，理学博士，副教授，硕士生导师，云南省“兴滇英才引进计划”青年人才。云南省高校食品安全检测技术重点实验室骨干成员，云南省金属有机分子材料与器件重点实验室核心成员。近年来，主省部级项目1项，校级项目2项，参与国家自然科学基金项目1项，省部级项目5项。在Talanta、Analyst、Materials Today Sustainability、Chinese Chemical Letters等期刊发表SCI论文20余篇。
何红星，工学博士，昆明学院副教授，硕士生导师，党政办公室主任，云南省“兴滇英才引进计划”青年人才。云南省高校食品安全检测技术重点实验室、云南省金属有机分子材料与器件重点实验室骨干成员；担任《安全与环境学报》期刊青年编委、昆明市食品工程中级专业技术职称评审专家。近年来，参与国家自然科学基金项目2项，主持参与省部级项目5项，市厅级项目3项。在Chemical Engineering Journal、Materials Today Chemistry、Surfaces and Interfaces、Chinese Journal of Polymer Science、New Journal of Chemistry、等期刊发表SCI论文20余篇，申请授权国家发明专利3件。
聂陟枫，工学博士，研究员，硕士生导师，现任昆明学院化学化工学院副院长，云南省金属有机分子材料与器件重点实验室主任。荣获云南省有突出贡献优秀专业技术人才、云南省“兴滇英才支持计划”青年拔尖人才、昆明市“春城计划”青年人才及昆明市中青年学术和技术带头人后备人选等荣誉称号。担任教育部学位中心学位论文评审专家、国家自然科学基金通讯评审专家及云南省科技评审专家。主持国家自然科学基金项目2项，云南省基础研究重点项目等省部级项目10余项，企业委托的技术攻关项目2项。在《Chemical Engineering Journal》《Applied Surface Science》《Surfaces and Interfaces》《International Journal of Heat and Mass Transfer》《Applied Thermal Engineering》等期刊发表SCI学术论文45篇，申请/授权国家发明专利15件。获云南省自然科学二等奖1项，中国有色金属工业科学技术奖一等奖、三等奖各1项。
来源：科学易点
