光催化废气净化，光催化废气净化,光催化自清洁

日前，边振峰、上海师范大学教授李合星和美国佐治亚理工大学团队发表研究成果称，他们发现了一种从废旧电路板、三元汽车催化剂和矿石中选择性回收银、金、钯、铂、铑、钌和铱等七种贵金属的光催化工艺。

金、铂等贵金属(PMs)不仅具有良好的延展性和导电性，而且化学稳定性高，耐腐蚀性强。近年来，PMS在电子器件和现代工业催化剂中的应用越来越多。在PMs大规模应用的过程中，其稀缺性始终是一个致命的缺陷。从废物中回收PMs成为提高其产量的有益想法。从废物中回收PMs的传统冶金方法成本高、能耗大，开发一种可持续发展的技术才能真正“变废为宝”。

光催化清洗颠覆原有技术

PMs的回收主要包括两个步骤:溶解PM0形成PMx+溶液，然后将滤液中的PMx+还原为PM0。世界上应用最广泛的溶解方法是王水和氰化物，腐蚀性强，毒性大。它们对环境极其有害，并且反应过程复杂。与溶解过程相比，PMx+还原成PM0需要一定的耐酸性。现有的材料合成和后续反应过程非常复杂。

边振峰团队的工作长期专注于二氧化钛光催化。贵金属已被广泛用作光催化的助催化剂。一般认为，光催化剂的电子转移到贵金属上，有利于电荷分离，抑制电荷复合。在一次实验中，我们发现贵金属被光催化氧化溶解，结果被反复证实，证明了贵金属可以被简单的光溶解。”边振峰说，从那时起，他的团队开始使用光催化来清洁和回收贵金属。

将二氧化钛粉末加入乙腈溶剂中，用紫外线照射溶液，激发二氧化钛光生空空穴的氧化还原反应，反应产生的超氧化物和高活性自由基足以将一系列PM0氧化成PMx+。

有许多新的技术优势。

与王水相比，该方法反应条件温和，整个过程不涉及强酸、强碱和有毒氰化物，只需要光照和二氧化钛光催化剂。不会产生有毒气体，如一氧化氮和氯气，也不会损坏CPU板开裂。

采用该方法，通过简单的还原反应，可将废物源中99%以上的目标贵金属元素溶解回收，纯度可达98%以上。这种光催化技术适用于不同的废弃物来源，包括电子废弃物、汽车三效催化剂、矿石等，可以大规模使用(公斤级)。“实验室实现了多种含贵金属废弃物的回收，回收效率在99%以上。不同的是反应条件和反应时间会略有不同，需要调整。”边振峰解释道。

此外，光催化溶解催化反应具有选择性，可以将目标金属与其他金属逐一分离。在能效方面，光催化清洗技术也有不错的表现。“与传统王水法相比，该方法成本仅为王水法的1/5，能耗降低80%以上。”甄振峰说。

“这是我从未见过的巧妙方法。”爱丁堡大学无机化学家杰森·洛夫对此进行了评论。“以前，人们通过光解将溶液中的金属还原成金属状态，这项研究逆转了这一方法。”

该研究的匿名审查表明，虽然在氧化剂条件下使用有机溶剂已被证明可以从电子废物中浸出金属，但使用二氧化钛在有机溶液中生成活性氧化物并氧化和稳定溶液中的金属化合物是非常新颖的。“确实有可能消除处理原生矿石和二次金属源时对强酸或有毒物质的需求，并以相对环境友好的方式实现金属循环。”

工业化的未来可期。

贵金属回收的工业应用具有广阔的市场前景。全球集成电路工业对金、银、钯的需求每年分别约为250吨、12800吨和40吨。随着汽车工业的不断增长，铂金属的消费量也在不断增加。全球电子垃圾产量显示，40部手机的含金量相当于1吨矿石。2019年，全球共产生5360万吨含贵金属的电子废物，包括废弃的电脑、手机和家用电子设备。

公斤级实验和催化剂的重复使用证明了光催化清洁回收贵金属的工业应用潜力。边振峰表示，这种方法的工业应用前景非常广阔。“如果这项技术取代现有技术，一方面贵金属的生产成本会大大降低，另一方面这项技术会更加环保。”

目前，废旧贵金属资源的市场规模约为5000亿元。由于国家环保执法力度的加强和生态文明建设的需要，未来几年市场规模将大幅增长。许多环保领域的上市公司已经开始布局危险废物处理业务。“每年增量的电子垃圾、汽车尾气催化剂中的贵金属回收、贵金属矿开采、电镀废渣、冶炼尾矿、焚烧飞灰等。都是几千万吨，废旧电池几百万吨，废旧催化剂几十万吨。”边振峰强调，废旧贵金属的资源化处理将有很大的市场前景和需求。

边振峰还表示，光催化清洁回收贵金属在大规模产业化过程中的主要问题是处理规模放大后如何提高生产效率，同时兼顾光和固液传质的影响。“这需要我们进一步调整放大技术，反应器需要重新设计。”但边振峰也表示，这些问题要通过实验探索，从小试、中试逐步放大来解决。