从废弃印刷电路板中绿色合成与表征氧化铜纳米颗粒及其抗菌应用研究

本研究针对电子垃圾(WPCB)回收难题，开发了一种简单实用的湿法冶金工艺，以氨盐/氨缓冲液选择性浸出铜，通过氢氧化钠沉淀法成功合成了平均粒径50 nm的单斜晶系氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)。表征显示其形貌均匀、成分纯净，抗菌实验表明对肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)等致病菌具有显著抑制效果(100 mg/mL浓度下抑制圈达25 mm)，为电子垃圾资源化与抗菌材料开发提供了可持续策略。

　　

随着电子产品在全球范围内的快速更新换代，电子垃圾（e-waste）已成为威胁生态环境的严峻问题。其中，废弃印刷电路板（Waste Printed Circuit Boards, WPCB）作为电子垃圾的核心组成部分，含有大量金属资源，尤其是铜，但其回收处理过程复杂、成本高且易产生二次污染。传统的回收方法如火法冶金和湿法冶金虽能提取金属，但往往伴随高能耗和有害副产物。在这一背景下，如何实现高效、绿色、可持续的金属回收与高值化利用，成为研究者关注的重点。

与此同时，纳米技术的兴起为资源回收提供了新思路。氧化铜纳米颗粒（Copper Oxide Nanoparticles, CuO NPs）因具有独特的物理化学性质和广泛的生物应用（如抗菌、催化等）而备受关注。然而，常规CuO NPs合成方法多依赖化学试剂，成本高且环境不友好。能否利用电子垃圾中的金属成分，通过绿色工艺合成高性能纳米材料，既解决污染问题又创造新材料，成为一个极具吸引力的研究方向。

在这一背景下，来自印度PSG技术与应用研究院土木工程系的Balaji Ravi、J. Karthick和Arun Murugesan团队开展了一项创新研究，他们开发了一种简单、实用的湿法冶金工艺，从WPCB中选择性提取铜并合成出高纯度的CuO NPs，并系统评价了其抗菌性能。该成果发表于《Sustainable Chemistry for the Environment》，为电子垃圾资源化与纳米材料绿色制造提供了重要范例。

为完成该研究，作者运用了几项关键实验技术：首先采用原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）对WPCB原料及浸出液进行金属成分分析；通过氨盐/氨缓冲液体系选择性浸出铜，再以氢氧化钠为沉淀剂，经离心、干燥和高温煅烧获得CuO NPs；利用X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）、场发射扫描电镜-能谱（FESEM-EDS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对纳米颗粒进行系统表征；最后通过盘扩散法（disc diffusion method）测试了CuO NPs对多种细菌（包括金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌）的抗菌活性。

研究结果部分通过多维度表征与实验，得出以下结论：

X-Ray diffraction spectroscopy：

XRD分析显示所合成的CuO NPs具有单斜晶结构，主要衍射峰与标准卡片（JCPDS No. 80-0076）吻合，包括(101)、(-111)、(111)等晶面，表明样品结晶良好、纯度较高。

High Resolution Transmission Electron Microscope：

HRTEM图像显示颗粒呈纳米球状，粒径分布均匀，平均尺寸约为50 nm，测量d间距为0.24 nm，与单斜晶CuO相符。选区电子衍射（SAED）图进一步证实其晶体结构。

Field Emission Scanning Electron Microscope：

FESEM结果显示颗粒形貌一致，均为纳米球，与HRTEM相互印证。EDS分析表明样品仅含铜和氧元素，原子百分比分别为45.36%和54.64%，证明合成产物为纯净的CuO。

Fourier Transform Infra-Red Spectroscopy：

FTIR谱图中在592 cm^-1和648 cm^-1处出现Cu–O键的特征伸缩振动峰，证实CuO纳米颗粒的成功合成。

Anti-bacterial studies：

抗菌实验表明，CuO NPs对四种细菌均表现出浓度依赖的抑制效果。在25–100 mg/mL浓度范围内，肺炎克雷伯氏菌（Klebsiella pneumoniae）的抑制效果最显著，在100 mg/mL时抑制圈直径达到25 mm。革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌）和革兰氏阴性菌（如大肠杆菌）也表现出明显的敏感性，但其抑制效果随浓度升高而增强。

研究人员在结论部分指出，本研究成功建立了一条从电子垃圾到高值纳米材料的绿色转化路径。所合成的CuO NPs具有均匀的形貌、明确的晶体结构和显著的抗菌性能，尤其对肺炎克雷伯氏菌等常见致病菌有较强抑制作用。该工艺避免了昂贵或有害试剂的使用，凸显了可持续材料设计的潜力。此外，研究结果为电子垃圾的高值化回收和纳米抗菌材料的开发提供了理论与实践基础，有望在环境治理、公共卫生和纳米技术等领域发挥长远影响。