锌改性生物炭电容去离子技术高效选择性回收电子废弃物浸出液中贵金属

针对电子废弃物中贵金属回收选择性差、能耗高的难题，研究人员开发了锌改性生物炭电极的电容去离子技术（CDI），实现了CPU浸出液中Ag+和Au3+的100%选择性回收，竞争离子（如Pb2+、Cu2+等）去除率低于20%。该研究通过构建ZnO-生物炭异质结，显著提升电极电容并降低阻抗，为电子废弃物资源化提供了新策略。

　　

随着全球电子废弃物年产量突破5000万吨，如何高效回收其中的金、银等贵金属成为资源循环与环境保护的双重挑战。传统化学沉淀法不仅能耗高，且难以从含铅、铜等重金属的复杂浸出液中选择性提取贵金属，而电容去离子技术（Capacitive Deionization, CDI）因其低能耗、可循环特性被视为潜在解决方案。然而，常规碳基电极材料对贵金属的选择性吸附能力不足，且存在制备成本高、稳定性差等问题。针对这一瓶颈，国家自然科学基金资助项目团队在《Desalination》发表研究，创新性地将锌改性生物炭应用于CDI系统，实现了电子废弃物浸出液中银、金离子的高效靶向回收。

研究团队采用ZnCl₂热解修饰核桃壳生物炭，通过扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征材料特性，结合电化学阻抗谱（EIS）评估电极性能。实际CPU浸出液实验中，采用循环伏安法（CV）和恒流充放电（GCD）测试验证选择性回收机制。

材料合成与表征
锌改性生物炭（ZB）的SEM显示其表面形成规则介孔结构，比表面积最高提升4.1倍。XPS证实表面含氧官能团（-OH和-C=O）显著增加，ZnCl₂热解产生的纳米ZnO与碳骨架形成紧密异质结，使电极电容提升同时转移阻抗降低。

选择性回收机制
含氧官能团通过配位作用特异性结合Ag⁺，而ZnO异质结通过排斥竞争离子（如Pb²⁺、Ni²⁺）实现选择性增强。电化学分析表明贵金属回收是双电层吸附与电沉积的协同作用，Ag⁺在-0.4V电位下优先还原为单质银。

实际应用验证
处理真实CPU浸出液时，ZB3电极对Ag⁺和Au³⁺的回收率分别达100%和98.5%，竞争离子去除率均<20%。经过8次循环后，选择性仍保持98%以上，且电极结构保持稳定。

该研究首次阐明ZnO-生物炭异质结在CDI体系中对贵金属离子的协同捕获机制，突破传统吸附材料选择性差的限制。相较于现有技术，该方法能耗降低60%，且避免二次污染。研究不仅为电子废弃物资源化提供新思路，其构建的金属-碳异质结策略也可拓展至其他高值金属回收领域。值得注意的是，该方法对含复杂基质的实际废水表现出强适应性，未来通过优化Zn掺杂比例与热解温度，有望进一步提升对铂族金属的选择性回收效率。