翻译｜林清
根据联合国最近公布的一份报告，如果把全球范围内每年产生的6200万吨电子垃圾全部装进垃圾车，它们可以一辆接一辆地环绕地球一圈。这些堆积如山的电子垃圾中其实隐藏着数量惊人的贵金属，包括黄金。这种金属在电子产品中起着至关重要的作用，因为它具备良好的导电性、延展性和耐腐蚀性。事实上，现代苹果手机的摄像头、电路板和Type-C接口中都含有黄金。就含金量而言，一部手机可能比一座典型金矿中的矿石还要多。
但是，从废弃的电子产品中提取贵金属不是一件容易的事。传统方法往往涉及在高温熔炉和回收设施中消耗大量能源来处理电子垃圾，有时也会用腐蚀剂将大型电子设备转变成含有金属离子的液体，而后再通过复杂的电化学过程（过程中还会用到氰化物等有毒物质），从而得到废液中重要元素的金属形态。
为了寻找更加环保的方法，舍去那些额外的步骤，材料科学家选择了一些不寻常的道路。例如，他们发现，一种由奶酪副产品（乳清蛋白）制成的气凝胶可以从浸在酸溶液的电脑主板中捕获金离子。
在一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的研究中，研究人员通过结合二维氧化石墨烯（石墨烯的氧化物）与一维壳聚糖（一种从虾壳中提取到的多糖），开发了一种可高效回收黄金的海绵。重要的是，由于壳聚糖可以自发附着在碳片上，所以这种海绵从本质上说是自组装形成的。
起初，研究人员尝试用这种海绵过滤含有金离子的水。结果显示，随着金颗粒在材料的网络结构中积聚，淡黄色的液体逐渐变得清澈起来。一旦被吸附在海绵上，金离子就会与壳聚糖发生反应，而壳聚糖作为一种天然还原剂，有助于将金离子转化为其金属形态。
用石墨烯/壳聚糖海绵提取黄金（图片来源：Kou Yang）
研究人员还试图用这种海绵提取已经经过部分处理的电子垃圾中的黄金。他们发现，当废液的pH值被调节到3时，海绵的壳聚糖可以专一地捕获废液中剩余的黄金，而忽略其他金属。虽然这种海绵需要酸性的工作环境，但它的优势在于，无需更多额外的处理步骤——这通常需要使用氰化物等有毒物质，以便从液体中获得固态金。新加坡国立大学的材料科学家达丽娅·安德烈耶娃-巴乌姆勒（Daria Andreeva-Baeumler，这项研究的通讯作者）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov，这项研究的通讯作者）表示：“我们的方法可以实现直接从废料混合物中高效回收黄金。”
这种新材料是迄今最强效的黄金吸附剂。（吸附与吸收有相似之处却又如此不同，二者的区别在于，吸附是指原子、离子等粒子附着到物质表面的过程，而吸收是指粒子通过扩散或溶解等方式融入到物质内的过程。）按重量计算，这种海绵从金浓度低至百万分之三的液体中提取了高达99.5%的黄金。
苏黎世联邦理工学院的物理学家拉法埃莱·梅曾加（Raffaele Mezzenga）表示：“据我所知，这么高的提取值创造了新的纪录。”梅曾加主要研究乳清蛋白气凝胶，未参与这项研究。
他指出，尽管这种海绵的效率很高，但制造它所需的组分却不便宜，因此他对这种方法在实际应用中的可行性表示质疑。但诺沃肖洛夫和安德烈耶娃-巴乌姆勒表示，将这项技术应用于工业领域“确实是我们研究的下一步”。
本文选自《环球科学》2025年01月刊“前沿”栏目。
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