一种封闭循环且低成本的策略，用于从废弃的钙钛矿光催化剂中回收和再利用有毒铅

《Journal of Hazardous Materials》：A closed-cycle and low-cost strategy for recovery and reuse of toxic lead from discarded perovskite photocatalysts

离子交换-定向沉淀策略回收PbBr2并循环制备光催化CsPbBr3催化剂，实现92.06%铅回收率和乙醇产率保留率超83%。

　　铅卤化物钙钛矿因其优异的光电性能而受到广泛关注，特别是在光催化领域。这些材料具有高光致发光量子产率和可调带隙等特性，使其成为高效的光催化剂。然而，铅作为一种重金属元素，其高毒性给废料处理带来了巨大挑战。传统的处理方法不仅成本高昂，还可能对环境和人类健康造成威胁。因此，如何高效、低成本、环保地回收和再利用铅成为当前研究的重要课题。

本文提出了一种离子交换—定向沉淀策略，用于从钙钛矿光催化剂中回收和再利用铅，以获得高纯度的PbBr?。该方法首先将CsPbBr?基催化剂溶解于二甲基亚砜（DMSO）中，释放出Cs?、Pb2?和Br?离子。随后，利用阳离子交换树脂通过多次吸附循环提取Cs?和Pb2?。为了最大化金属离子的释放，采用梯度硝酸（HNO?）溶液进行树脂的离子交换洗脱。通过调节pH值，将释放出的Pb2?定向沉淀为Pb(OH)?，而Cs?则保留在溶液中。接着，将Pb(OH)?溶解于HNO?溶液中，得到纯Pb2?溶液。最后，Pb2?与Br?反应生成高纯度的PbBr?粉末。由于PbBr?是CsPbBr?钙钛矿的原料，回收的PbBr?可以再次用于合成钙钛矿基催化剂，从而形成一个闭环回收和再利用的策略。这种闭环系统不仅显著降低了实验成本，还提高了铅回收效率，具有较高的环境友好性和经济可行性。

此外，本文还探讨了不同回收和再利用循环对催化剂性能的影响。实验结果显示，在五次回收和再利用循环后，R-CsPbBr?-5和R-CsPbBr?/BiOBr-5的乙醇产率分别为31.80和45.40 μmol·g?1·h?1，分别保持了94.56%和83.12%的催化活性。这表明该方法在多次循环中仍能保持较高的催化效率，进一步验证了其稳定性和可重复性。同时，材料的再利用降低了成本，达到了73.01%的降幅，这为实现可持续的铅回收提供了有力支持。

在实际应用中，铅卤化物钙钛矿的回收和再利用不仅有助于减少环境污染，还能有效降低生产成本。特别是在光催化领域，由于钙钛矿材料的高效率和可调性，其在工业应用中的潜力巨大。然而，铅的高毒性使得废弃钙钛矿材料的处理变得复杂，传统方法往往难以满足环保和经济的要求。因此，开发一种高效的回收策略显得尤为重要。

本文所提出的离子交换—定向沉淀方法具有以下几个显著优势。首先，该方法通过阳离子交换树脂的多次吸附循环，能够有效地分离Cs?和Pb2?，避免了传统方法中因多种阳离子同时溶解而导致的低纯度问题。其次，梯度硝酸溶液的使用使得金属离子的释放更加高效，提高了铅的回收率。再次，通过调节pH值，可以将Pb2?定向沉淀为Pb(OH)?，从而实现高纯度的回收。最后，该方法形成的闭环系统不仅减少了材料浪费，还降低了实验成本，提高了整体的经济性和可持续性。

在材料准备方面，实验使用了多种高纯度试剂，包括CsBr（99.5%）、PbBr?（99.0%）、DMSO（99.3%）、异丙醇（IPA，99.5%）、Bi(NO?)?·5H?O（99.0%）、乙二醇（EG，98.0%）、NaBr（99.0%）、四丁基铵六氟磷酸盐（98%）和乙酸乙酯（99%）。这些试剂均从上海麦克林生化科技有限公司购得，而HNO?（99.7%）和NaOH（96.0%）则分别从成都科隆化工有限公司和上海阿拉丁生化科技有限公司购得。阳离子交换树脂由北京科海思科技有限公司提供，确保了实验的准确性和可靠性。

在回收和再利用PbBr?的具体过程中，首先将CsPbBr?基催化剂溶解于DMSO中，形成含有Cs?、Pb2?和Br?的溶液。随后，通过阳离子交换树脂的吸附作用，将Cs?和Pb2?从溶液中分离出来。为了提高Pb2?的回收效率，采用梯度HNO?溶液进行洗脱，使Pb2?从树脂中释放出来。通过调节pH值，将Pb2?沉淀为Pb(OH)?，而Cs?则保留在溶液中。接着，将Pb(OH)?溶解于HNO?溶液中，得到纯Pb2?溶液。最后，将Pb2?与Br?反应，生成高纯度的PbBr?粉末。这一过程不仅实现了铅的高效回收，还确保了回收产物的高纯度，为后续的催化剂合成提供了可靠的原料。

实验结果表明，该方法在多次循环中仍能保持较高的催化效率，显示出良好的稳定性和可重复性。此外，材料的再利用降低了实验成本，为实现经济高效的铅回收提供了可能。这不仅有助于推动钙钛矿材料的可持续发展，也为解决铅污染问题提供了新的思路。

在实际应用中，铅卤化物钙钛矿的回收和再利用策略对于环境保护和资源节约具有重要意义。特别是在当前对绿色化学和可持续发展的重视下，开发一种高效、环保、低成本的铅回收方法显得尤为迫切。本文所提出的离子交换—定向沉淀方法为这一目标提供了一个可行的解决方案，不仅能够有效回收铅，还能将其再利用于催化剂的合成，形成一个闭环系统。

此外，该方法在环境友好性方面也具有显著优势。传统方法往往涉及高温、强酸或强碱等条件，可能导致二次污染或资源浪费。而本文的方法通过调节pH值和使用梯度硝酸溶液，能够在较低的能耗下实现铅的高效回收。同时，整个过程不需要使用有毒或有害的试剂，确保了实验的安全性和环保性。

在催化性能方面，实验结果显示，回收的PbBr?能够再次用于合成CsPbBr?基催化剂，其催化活性与使用商业PbBr?合成的催化剂相当。这表明该方法不仅能够实现铅的高效回收，还能保持催化剂的性能，为实际应用提供了可靠的基础。同时，乙醇产率的测试结果进一步验证了该方法在光催化反应中的有效性，显示出其在工业应用中的潜力。

总的来说，本文提出了一种高效的离子交换—定向沉淀策略，用于从钙钛矿光催化剂中回收和再利用铅。该方法不仅提高了铅的回收效率，还确保了回收产物的高纯度，为实现环保和经济的双重目标提供了可行的路径。此外，材料的再利用降低了实验成本，为钙钛矿材料的可持续发展提供了有力支持。该方法在多个循环中仍能保持较高的催化效率，显示出良好的稳定性和可重复性，具有广阔的应用前景。