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Nature Communications 14권, 기사 번호: 1284(2023) 이 기사 인용
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지속 가능한 환경을 유지하고 자원 활용도를 향상시키기 위해서는 친환경적이고 효율적이며 선택성이 높은 금 회수 기술 개발이 시급히 필요합니다. 여기에서 우리는 β-사이클로덱스트린과 테트라브로모아우레이트 음이온 사이에 형성된 두 번째 구체 조정 부가물의 상호 변환 및 순간 조립을 정확하게 제어하는 것을 기반으로 하는 첨가제 유도 금 회수 패러다임을 보고합니다. 첨가제는 테트라브로모아우레이트 음이온과 함께 β-사이클로덱스트린의 결합 공동을 점유하여 신속한 조립 과정을 시작하여 수용액에서 공결정으로 침전되는 초분자 폴리머를 형성합니다. 디부틸카비톨을 첨가제로 사용하면 금 회수 효율이 99.8%에 이릅니다. 이 공결정화는 정사각형 평면 테트라브로모아우레이트 음이온에 대해 매우 선택적입니다. 실험실 규모의 금 회수 프로토콜에서는 전자 폐기물에 포함된 금의 94% 이상이 최저 9.3ppm의 금 농도로 회수되었습니다. 이 간단한 프로토콜은 에너지 소비 감소, 낮은 비용 투입 및 환경 오염 방지를 특징으로 하는 지속 가능한 금 회수를 위한 유망한 패러다임을 구성합니다.
예로부터 인류사회에 없어서는 안 될 원소인 금은 화폐 및 보석 제조1, 전자 제조2, 의약품 생산3, 화학 합성4 등에 널리 사용되었습니다. 그러나 금 채굴은 오늘날 세계에서 환경을 가장 파괴하는 산업 중 하나로 악명 높습니다. 매년 광석에서 금을 추출하는 데 막대한 양의 시안화물5과 수은6이 사용되어 엄청난 양의 탄소 배출과 과도한 에너지 소비와 함께 치명적인 시안화물과 중금속으로 오염된 막대한 폐기물 흐름이 발생합니다. 금 생산 및 회수를 위한 지속 가능한 기술을 개발하기 위해 침출 용액에서 금을 선택적으로 추출하거나 흡착하는 방법을 기반으로 하는 많은 대체 방법7이 개발되었습니다. 이러한 방법에는 단일 유기8,9,10,11,12/무기13 추출 시약 또는 추출 시약과 유기 용매의 특정 조합14,15을 사용하여 전자 폐기물(전자 폐기물) 및 금광석을 침출하는 것이 포함되며, 이온 흡착은 말할 것도 없습니다. 금속-유기 프레임워크16,17 및 폴리머18,19,20이 있는 금 복합체. 추출 및 흡착에 대한 대안적 접근 방식으로, 2차 구 배위25,26를 기반으로 한 선택적 공침21,22,23,24은 간단한 작동, 산업화 용이성, 최소 에너지와 같은 상당한 이점을 고려하여 금속 분리에 점점 더 인기가 있는 것으로 입증되었습니다. 소비 및 유해 배출 제로.
20세기 초 노벨 화학상 수상자 Alfred Werner에 의해 발전된 1차 배위 조정27은 1차 배위 구체 리간드와 전이 금속 사이의 배위 결합 상호 작용을 의미합니다. 초분자28,29 및 호스트-게스트30,31 화학의 우산 아래에서 첫 번째 구 리간드와 두 번째 구 리간드인 거대고리 분자 사이의 비공유 상호작용을 포함하는 두 번째 구 조정32,33,34에 대한 조사는 다음과 같습니다. 지난 수십 년 동안 급등했습니다. 이러한 맥락에서 크라운 에테르(32), 사이클로덱스트린(35,36), 칼릭사렌(37), 쿠커비투릴(38) 및 기타39,40과 같은 잘 만들어진 많은 거대고리 수용체가 유망한 두 번째 구 배위 리간드로 등장하여 전이 금속의 화학적 및 물리적 특성을 조절할 수 있습니다. 단지. 이러한 거대고리는 Rh+ 41, Ru2+ 42, Gd3+ 43 및 Yb3+ 44를 포함하는 특정 금속 양이온 착물에 대해 매우 특이적인 인식을 나타낼 뿐만 아니라 [ReO4]와 같은 음전하를 띤 금속 착물에 대한 음이온 수용체 역할을 합니다45,46,47 − 48, [CdCl4]2− 49, [PtCl6]2− 50, 폴리옥소메탈레이트51 및 기타52. 그러나 이러한 두 번째 구 배위 부가물의 조립 및 상호 변환의 정확한 제어는 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 두 번째 구 배위 부가물 중 일부는 독특한 결정성을 나타내며, 이는 두 번째 구 배위를 사용하여 전자 폐기물에서 귀금속을 재활용할 수 있는 길을 열어주는 특성입니다. 이 프로토콜을 사용하여 우리는 α-사이클로덱스트린이 수화 테트라브로모아우레이트 칼륨에 대한 두 번째 구체 조정자로서 우선적으로 작용하는 광석에서 54,55금을 분리했습니다. 그러나 실제적인 금 회수와 관련하여 이 프로토콜은 (i) 침출 용액에 높은 금 함량([KAuBr4] > 6 mM)이 필요하다는 사실, (ii) 추가 칼륨 이온은 필수이며, (iii) 침출 용액의 고농도 산은 공침전 형성을 방지하고, (iv) 실온에서 수행할 때 금 회수 효율은 80% 미만이며, (v) α 비용 -사이클로덱스트린은 상대적으로 높습니다. 따라서 실용적인 금 회수에 맞춰 더욱 효율적이고 경제적인 금 분리 기술의 개발이 중요하고 필요합니다.