原創 Kai,小羽 世界頂尖科學家論壇 來自專輯星辰大海

還記得我們推送過的2016年諾貝爾化學獎得主弗雷澤·斯托達特（Fraser Stoddart）嗎？

他在上月15日發推感嘆時光易逝，還順帶犯了個數學計算小錯誤，但是沒過幾天，他又有了新的突破，這次他化身了黃金捕手，能夠點電子垃圾成金！

斯托達特果然做到了導師當年對他的教導：你要心懷大的夢想。

擁有大的夢想。圖｜Wellness Universe

為什么電子垃圾會極速飆升？

在2016年，全球人口丟棄了4900萬噸的電子垃圾。這個數字什么概念呢？相當于大約4500座埃菲爾鐵塔。而估計到2021年，這個數字將增長到5700萬噸以上。

科技正越來越多地融入我們生活的方方面面。可穿戴設備、智能家居、互聯網電視等等，半導體和傳感器這些產品正在以勢如破竹之態攻占我們的生活。

阿拉巴馬州的電子垃圾。圖｜Columbia University

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

而很多公司也會通過更新設計或軟件，終止對舊型號產品的支持，有意識地計劃著商品的淘汰。

事實上，現在購買新產品普遍比維修舊產品更便宜、更容易。這些公司也繼續從穩定的銷售中獲利。

由于電子設備的價格在不斷下降，隨著日益壯大的中產階級走向數字化，世界各地對于電子設備的需求量也在越來越大。

大多數人在購買 "最新和最棒的 "技術時都不會三思而行。畢竟，公司和他們的營銷團隊花費了大量的金錢來確保我們對下一個iPad、Xbox 360 Kinect或LED電視的渴望。圖｜Money Crashers

根絕哥倫比亞大學地球研究所2018年的統計數據，當時，在全球范圍內，就已經有一半的家庭可以上網，77億人擁有手機。

電子垃圾中有什么？

理論上，電子設備由復雜的材料混合而成，包括金、銀、銅、鉑、鈀、鋰、鈷和其他有價元素。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

隨著電子產品變得越來越復雜，它們包含的貴金屬也相應地越來越多。

但是，由于回收這些金屬既困難又危險，因此這些現在被叫為“電子垃圾”里的貴金屬，最終的結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日益嚴重的全球問題。拉各斯的垃圾海不斷擴大。圖｜The Conversation

新材料橫空出世：抓黃金，我最高效

一個國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。

《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）于6月22日刊登了標題為《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特（Fraser Stoddart）。

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

事實上，斯托達特的小組并不是唯一深耕于吸附劑創造的。

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

但到目前為止，無論從經濟效益還是環境保護來說，結果都不盡如人意。

而斯托達特團隊的這次嘗試，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、清潔和高效的方式從電子垃圾捕捉貴金屬。

這項研究涉及到卟啉，它是一種具有環狀結構的分子，容易與包括貴金屬在內的過渡金屬（指元素周期表中d區的一系列金屬元素）結合。

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

斯托達特等人指出，COP-180的結構使得它即使被浸泡在酸性溶液中時，仍然能夠保持它的穩定性。

這一點非常重要，因為酸性溶液是用來去除電路板和視頻屏幕上的金屬的。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，再與對苯二胺通過Wohl-Aue偶聯反應合成最終產物。無論在氮氣還是在空氣下，其熱穩定性都高達400℃。

在具有競爭離子的測試中，COP-180對大多數的元素顯示低于3％的吸附效率，而對鉑、鈀、金分別具有99.7％，99.4％，和98.8％的吸附效率。

并且在真實的電子垃圾測試中，COP-180展示了對金94％的捕捉效率。最后，研究者計算了從打印線路板回收黃金的經濟效益。

COP-180從化學原料的購買到合成的花費是$5/g，而每克COP-180對黃金的回收價值能夠高達$64，且其中的利潤會隨著COP-180的循環利用得到極大提高，這充分展現了該項研究的極高經濟性。

新型多孔卟啉聚合物可以從電子垃圾中精準抓取金。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

責編｜羽華

閱讀原文