基于双功能低共熔溶剂的一步法选择性回收废弃液晶显示器中铟锡的创新工艺研究

本研究针对废弃液晶显示器(LCDs)中铟锡氧化物(ITO)回收存在的工艺复杂、环境污染等问题，开发了由氯化胆碱(ChCl)和草酸二水合物(OAD)构成的双功能低共熔溶剂(DES)体系。通过响应面法(RSM)优化，实现在80℃、8小时条件下95.6%的铟(In)选择性回收率，同时将锡(Sn)保留为SnO2。该工艺具有六次循环后仍保持75%效率的稳定性，为电子废弃物资源化提供了绿色解决方案。

　　

随着电子设备更新换代加速，全球每年产生数以亿计的废弃液晶显示器(LCDs)。这些"电子垃圾"中的铟锡氧化物(ITO)涂层含有比原生矿石高250倍的铟(In)浓度，但传统回收方法面临严峻挑战：火法冶金需要高温高真空条件，湿法冶金则产生大量酸碱废水。更棘手的是，现有技术难以实现铟锡的高效分离——这个瓶颈直接制约着废弃LCDs的资源化利用效率。

针对这一难题，中国国家自然科学基金资助项目团队在《Environmental Research》发表创新成果。研究人员设计出由氯化胆碱(ChCl)和草酸二水合物(OAD)组成的双功能低共熔溶剂(DES)体系，开创性地实现了一步法原位选择性回收。通过响应面法(RSM)系统优化，发现当ChCl与OAD摩尔比为2.6:1、固液比10 g/L、80℃反应8小时时，铟回收率可达95.6%，同时锡以SnO₂形式保留。该DES体系展现卓越的循环稳定性，六次重复使用后效率仍保持75%。

研究采用三大关键技术：1) 基于质子活性和配位能力的DES组分筛选；2) 响应面法(RSM)多参数优化；3) 结合FT-IR和粘度测试的溶剂性能表征。实验材料包括市售ITO玻璃和粉末，通过XRF/XRD确认组分。

【双功能DES组分选择】
理论分析表明，有效的DES需兼具适宜质子活性、强配位能力和低粘度特性。选择ChCl-OAD体系因其可形成[InCl₄]^-配离子实现选择性溶解，同时草酸根能将Sn⁴⁺稳定为SnO₂。

【响应面优化】
四因素三水平Box-Behnken设计显示，温度对In回收影响最大(贡献率42.3%)，其次为ChCl/OAD比例(31.6%)。建立的二次模型R²达0.981，预测误差<5%。

【溶剂性能表征】
DSC测定玻璃化转变温度为-62℃，FT-IR证实OAD的C=O与ChCl的OH形成氢键。粘度测试显示2.6:1配比时粘度最低(85 cP)，利于传质。

【循环稳定性】
每次循环后补充10%新鲜DES，六次循环后In回收率仅下降20.6%。XPS分析表明性能衰减主要源于氢键网络破坏。

该研究突破性地解决了废弃LCDs中铟锡分离的技术瓶颈：1) 首创"溶解-沉淀"同步进行的双功能DES设计理念；2) 通过RSM建立可推广的工艺优化模型；3) 验证DES循环使用的经济可行性。相比传统湿法冶金，新工艺减少试剂用量60%以上，为电子废弃物绿色回收提供范式转换。Zhang Mei团队指出，该方法可扩展至其他稀散金属回收领域，未来通过连续流反应器设计有望实现工业化应用。