近年來(lái)，用于制造各種產(chǎn)品的鉑族金屬(PGMs)，例如鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh)的需求一直在穩(wěn)定增長(zhǎng)。PGMs是汽車(chē)催化轉(zhuǎn)化器、計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、燃料電池以及煉油和精細(xì)化工行業(yè)催化劑的重要成分之一。然而，地殼中的PGMs資源是有限的，因此利用二次資源，例如回收廢料，可以**解決鉑族金屬缺乏的問(wèn)題。

目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種技術(shù)來(lái)優(yōu)化金屬回收工藝，包括生物回收、沉淀、離子交換樹(shù)脂、液-液萃取和膜技術(shù)等。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，膜技術(shù)是上述技術(shù)當(dāng)中操作方式更簡(jiǎn)單、可行性更高的回收工藝之一。聚合物包合膜(PIMs)是一種載體介導(dǎo)的膜，具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括耐用性、高選擇性和易調(diào)節(jié)性。有研究證明，在各種金屬分離和回收過(guò)程中，PIMs都能實(shí)現(xiàn)良好的分離效果。

基于此，九州大學(xué)的Masahiro Goto等人報(bào)道了一種以離子液體三辛基(十二烷基)氯化鏻(P₈₈₈₁₂Cl)為金屬載體的聚合物包合膜(PIMs)，并通過(guò)順序操作成功分離了鉑(IV)、鈀(II)和銠(III)（如圖1）。該項(xiàng)研究描述包括：接收溶液的篩選、操作條件的優(yōu)化、建立可能的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制以及膜穩(wěn)定性的評(píng)估等過(guò)程。

圖1. PIMs的順序傳輸來(lái)選擇性分離鉑族金屬

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

研究人員一個(gè)目標(biāo)是Pt(IV)與Pd(II)和Rh(III)的選擇性分離，在高濃度的HCl(3 M)中，Pt(IV)和Pd(II)易于提取到膜中，而Rh（III）保留在進(jìn)料溶液中（圖2a）。從PIM中剝離Pt(IV)和Pd(II)的剝離效率如圖2b所示，選擇0.1 M NaClO₄作為接收溶液，能顯示出更高的Pt(IV)回收率(RF)（圖3）。然而，膜與NaClO₄溶液長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)導(dǎo)致表面損傷（圖4），接收溶液中加入1 M HCl可以防止膜的損傷。因此，選擇使用NaClO₄和HCl的混合物進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。進(jìn)料溶液濃度為80 ppm時(shí)，Pt(IV)的運(yùn)輸性能更好，RF和PR值分別為96％和97％（圖5）。

圖5. 進(jìn)料溶液濃度對(duì)膜傳輸行為的影響

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

隨后，研究人員將進(jìn)料溶液進(jìn)行后續(xù)的Pd(II)和Rh(III)分離處理。使用10 mM硫脲和0.1 KSCN在1 M HCl中的混合物作為接收溶液時(shí)，在運(yùn)輸操作后觀察到**的Pd(II)傳輸和無(wú)色膜（圖6b）。Pt(IV)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生復(fù)雜的物質(zhì)變化，而Pd(II)在傳輸過(guò)程中會(huì)形成[Pd(SCN)₄]^2-（圖7）。Pt(IV)和Pd(II)的傳輸機(jī)制如圖8所示。在四個(gè)連續(xù)的傳輸周期后，PIMs中保持相當(dāng)穩(wěn)定的RF和PR值（圖9），進(jìn)料側(cè)和接收側(cè)的表面粗糙度分別有適度和**的增加。

圖6. 將Pd(II)和Rh(III)從提余液轉(zhuǎn)移到(a) 1 M HCl中的5 mM硫脲，(b) 1 M HCl中的10 mM硫脲和0.1 M KSCN的混合物中

圖7. 傳輸后的接收溶液、PIMs內(nèi)積累的Pd(II)的紫外可見(jiàn)光譜圖

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖9. Pt(IV)和Pd(II)連續(xù)四個(gè)順序傳輸后的回收率(RF)

（圖片來(lái)源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

總之，該項(xiàng)研究使用含有離子液體載體的PIM成功解決了PGMs相互分離的問(wèn)題。可以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)PIM傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從真正的廢料（例如廢舊的汽車(chē)催化轉(zhuǎn)化器）中**回收PGMs。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c03205

原文作者：

Adroit T. N. Fajar, Takafumi Hanada, Mochamad L. Firmansyah, Fukiko Kubota and Masahiro Goto

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03205