“我们将这款复合材料用在现实中的复杂水基质里，结果发现在长江江水、东海海水、以及AMD和Intel的两款CPU浸出液中，它都具备优异的金捕获能力。”对于自己和合作者研发的多孔吸附剂，厦门大学彭丽副教授表示。
这款多孔吸附剂，可以从不同的水基质中高效率地提取金。研究中，他们通过合成了一种Ni基金属有机框架/聚对苯二胺复合材料BUT-33/PpPD，完成了这款多孔吸附剂的制备，其具有超高孔隙率的特点。
这款多孔吸附剂拥有较高的比表面积、以及相对合适的孔径，有利于获得较高的聚合物负载量、以及更分散的吸附位点，从而能对水体系中的金离子实现优异的提取能力。
厦门大学2021级博士生薛天威和北京工业大学博士后何涛是第一作者，厦门大学彭丽副教授、李军教授、杨述良副教授、以及北京工业大学李建荣教授担任共同通讯作者[1]。
有望成为城市采矿产业中的重要一环
整体来看，该工作主要解决了贵金属吸附剂领域内存在的一个问题。金、银、铂、钯等贵金属，早已被广泛用于人类生产生活之中。
含有这些贵金属的产品废弃之后，会造成严重的资源浪费和环境污染。而从这些废弃物和退役器件中提取和回收贵金属，已经成为一种方兴未艾的“城市采矿”产业。
近年来，随着新兴产业的发展，贵金属的需求日益增长，价格也一直居高不下。对于这些不可再生资源来说，从自然界开采矿产资源也面临着愈加高涨的社会压力和环境压力。
随着中国新能源产业和电子信息产业的蓬勃发展，大量退役器件被废弃，每年产生700多万吨电子垃圾，其中的高价值贵金属亟待得到循环利用。
目前，从每吨电子废弃物中大约可提取200克黄金，而要获得相同数量的黄金至少需要处理100吨金矿石。
目前，大量的多孔吸附剂已被用于从废水中提取黄金，比如金属有机框架、共价有机框架、多孔芳香框架和多孔聚合物等。
对于制备具有高金提取能力的优异吸附剂来说，将多孔材料进行官能化是一种有效策略。
然而，该策略也会大幅降低多孔材料的孔隙率，以至于很多材料的比表面积会被降至500m2/g以下，有时甚至低于50m2/g。
有限的比表面积和孔隙率，会限制吸附位点的暴露，进而导致提取速率被拖缓，因此很多材料需要数小时、甚至数天才能达到吸附平衡。
另外，那些要被提取的黄金，通常位于河水、海水、电子废物浸出液等复杂的水基质中。在这些基质中，往往含有高浓度的干扰物质，包括竞争性金属离子和有机干扰物质等。
因此，只有那些具备优异选择性、长期稳定性、较高的金吸附量和去除效率的吸附剂，才有资格参与这类提取。
当前，国家有关部门提出要实现退役新能源器件和电子器件的循环利用，这也是实现“碳中和”目标的重要保障之一。而贵金属回收正是实现器件循环利用的重点之一。
因此，该成果有望成为城市采矿产业中的重要一环，可被用于市政部门开设的大型回收站、环保公司设立的回收点、以及电子产品企业和能源企业的回收部门等，以便从拆解、浸渍后的电子垃圾浸出液中，定向地回收贵重金属。
此外，对于传统采矿业和环保行业来说，它们也更加迫切地需要从废水废液中回收贵金属和去除贵金属。而该成果同样有望用于这两个领域。
“破坏一个旧的、建设一个新的”
此前，该团队已经开展过借助金属有机框架复合材料，来捕获金属离子的课题。前期研究结果表明：复合材料主体的选择，对于吸附性能有着极大的影响。课题组推测其中的原因可能：对于客体分子的形态和结构，主体材料的拓扑结构会带来较大的影响。
正因此，他们一直在寻找真正合适的主体材料。后来课题组了解到北京工业大学李建荣教授团队曾设计过一种新型的金属有机框架材料BUT-33。
这种材料具有极高的比表面积、直径约2.6纳米的介孔笼、以及开放的Ni金属配位位点。对于将功能性聚合物有序地锚定在主体材料的孔道中来说，这款材料可以提供完美的平台。
因此，该团队与李建荣课题组展开合作，将对金离子具备吸附能力以及具备选择性的聚对苯二胺，引入到BUT-33孔道中，以使其暴露更多的活性位点。
在主客体的协同作用之下，这种复合材料即可成为一款优良的金吸附剂。
彭丽表示：“尝试联系李老师后，李老师和何涛博士欣然同意合作，并迅速地合成了一批MOF材料（复合材料的主体）寄给我们，同时还提供了许多极其重要的建议，合作者的真诚让我们非常感动。”
在后续合作中，李建荣课题组的何涛博士合成了BUT-33这一优良的主体材料，后由彭丽所在的厦大团队将聚合物单体引入到MOF（金属-有机框架材料，MetalOrganicFramework）孔道中，使让其以原位的形式聚合成为复合材料。
通过对合成材料进行全方位的表征，他们分析了这种材料的物相结构、微观形貌、成分组成等，借此解释了材料的构效关系，并为后续的吸附性能测试带来了指导。
在吸附性能测试上，他们主要测试了吸附热力学、吸附动力学、吸附选择性、材料长期稳定性、可再生使用能力等性能。
根据这些测试结果，又对材料合成进行逆向性优化，期间主要调节了聚合物的比例、材料合成条件等，最终获得了效果最佳的吸附剂。
在实验中，还出现了高选择性、以及氧化还原吸附的结果。为了对其进行解释，他们与俄罗斯莫斯科国立大学研究员奥尔佳A.西赞特舍瓦（OlgaA.Syzgantseva）开展合作。通过理论计算以及对比实验，吸附机理终于得到解释。
而担任共同一作的薛天威，也在研究中得到了成长与蜕变。彭丽说：“薛天威同学从一开始接触贵金属回收的课题，就很积极地行动起来。针对金的回收，他对主客体材料做了大量筛选工作，每一次合成材料都需要调整不同的参数，并且要同时推进大量实验，以至于所有的油浴锅都被用光了，甚至还要去其他课题组借。”
然而，前期实验并不顺利，材料的吸附效果也不尽人意。薛天威内心感到极为受挫，曾一度想要放弃这个方向。
“后面他与老师们敞开心扉，我们鼓励他：‘科研工作要像小孩在海边玩建沙堡的游戏，破坏一个旧的、建设一个新的，循环往复、时刻创新。’”彭丽说。
在内心重归平静之后，薛天威沉下心来，在一次次失败中不断调整实验方案，后面的工作也开展得愈加顺利。
彭丽表示，这项研究工作的顺利进行也充分表明：多孔MOF-聚合物复合材料，可以作为吸附分离领域的优秀平台。
后续，他们将通过选择MOF和聚合物的种类，对本次复合材料的结构和性质进行进一步调节，使其能从液体和气体中，选择性地分离出更多不同的物种。
此外，他们打算结合自己在超临界二氧化碳方面的研究经验，构建不同二氧化碳膨胀液体溶剂体系，以用于MOFs-聚合物复合材料的合成。
通过调控溶剂的性质，在二氧化碳膨胀液体溶剂体系中实现复合材料的可控制备，以便进一步地提示复合材料的性能。
目前，该团队正在充实材料的构筑方法，希望这些方法也能有效扩展到其他多孔载体上，从而带来新的应用。
此外，对于复合材料的放大生产及其实际化应用，课题组也正在考虑中。彭丽表示：“我们希望不仅仅是发表一个论文，更希望可以解决实际问题。”
另据悉，一直以来厦大化院在学术成果上都颇有建树。作为其中的一份子，彭丽表示：“厦大化院的化学学科已经建设了一百余年，发展出了化工、能源、材料等学科。其次，在化院的师资队伍中，年龄结构合理、老中青有机结合、教学研究相长，并拥有优秀的教学、科研平台和完善的设施，这些都为培养优秀的学生提供了沃土。”
1.Xue,T.,He,T.,Peng,L.,Syzgantseva,O.A.,Li,R.,Liu,C.,...&Queen,W.L.(2023).AcustomizedMOF-polymercompositeforrapidgoldextractionfromwatermatrices.ScienceAdvances,9(13),eadg4923.