【本站讯】黄金等贵金属是电子信息、先进制造、催化和生物医药等领域的重要战略资源。随着高品位金矿资源逐渐减少以及电子废弃物快速增长，从工业废液和电子废弃物浸出液等复杂水体系中高效回收黄金等贵金属，对于保障关键金属资源供给和推动资源循环利用具有重要意义。然而，此类溶液通常具有强酸性、金离子浓度低、共存金属种类多等特点，传统回收方法往往需要添加还原剂、吸附剂或催化材料，并面临流程复杂、选择性不足及二次污染等问题。

水微滴因其特殊的物理化学性质和自激发活性，近年逐渐成为新兴研究热点，并正在深刻改变人们对水性质的传统认知。在国家自然科学基金卓越研究群体项目、国家深地专项等项目资助下，我校操应长教授和远光辉教授团队联合美国斯坦福大学学者，在热驱动油-水界面水微液滴化学及其贵金属资源回收效应方面取得新进展。近日，相关成果以“Selective Gold Recovery via Thermally Generated Water Microdroplets at Oil-Water Interfaces”（热生成油–水界面水微液滴实现黄金选择性回收）为题，发表在国际化学领域重要期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）上。我校李克为论文第一作者，远光辉教授、操应长教授和斯坦福大学Richard N. Zare教授为共同通讯作者。

此前，团队在Nature Communications和美国科学院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA（PNAS）发表系列研究成果，发现高温条件下油-水界面可持续生成大量微米级水滴，并揭示界面水微液滴可产生高活性电子和自由基，驱动油-水体系中的有机-无机相互作用及金的还原沉淀。在前期研究基础上，团队进一步提出：能否利用界面水微液滴自身的氧化还原能力，从成分复杂的工业废液和电子废弃物浸出液中选择性回收黄金，并使生成的纳米金进一步生长为易于分离的宏观颗粒？

围绕这一问题，研究团队构建了热驱动油–水界面反应体系。研究发现，在适度加热条件下，油–水界面可持续生成直径约5～50微米的水微液滴。这些微液滴并非传统认识中的惰性水滴，而是具有显著氧化还原活性的“微型反应器”，能够持续产生高活性电子、氢自由基和羟基自由基等活性物种，在无需外加还原剂、催化剂或吸附材料的条件下，将溶液中的金离子还原为单质金。

研究进一步揭示了界面水微液滴选择性回收黄金的化学机制。不同金属离子的还原受到水体系析氢反应所限定的还原电位窗口控制。金离子具有较高的还原电位，可优先获得界面水微液滴产生的电子并形成单质金；多数铁、锌、镁、钙等共存金属则受热力学条件限制，难以发生还原。部分能够发生还原的金属，其低价态或单质在强酸性溶液中不稳定，会重新氧化并进入水相。与此同时，反应过程中硝酸根逐渐被还原，降低了王水类溶液对新生成单质金的氧化溶解能力，使沉淀出的金能够稳定保存。金离子的优先还原与还原产物的选择性稳定共同控制了黄金的高效分离。

图1 热驱油水界面体系中微液滴介导的选择性还原过程及机理示意图

与传统喷雾微液滴生成的金纳米颗粒易分散、难分离不同，热驱动油–水界面水微液滴可持续聚并、破裂和再生成，促进金纳米颗粒碰撞聚集并逐步生长为微米至毫米级颗粒，实现金离子还原、颗粒生长与宏观分离的协同。在复杂王水废液和电子废弃物浸出液中，黄金回收率分别达到98.5%和97.0%，升降温循环可进一步缩短回收时间，循环使用油相后回收效率仍保持在90%以上。放大实验处理500毫升含金浸出液，获得0.5657克固体产物，金纯度达99.4%，显示出该方法在复杂酸性废液贵金属绿色回收中的应用潜力。

该研究将烃-水界面水微液滴化学由地质过程拓展至关键金属资源回收领域，揭示了“界面活性物种生成-氧化环境重塑-金离子选择性还原-金颗粒聚集生长”的协同机制，突破了传统贵金属回收依赖外加还原剂、吸附剂或催化材料的思路。研究表明，油-水界面不仅是地质体系中不同流体之间的物理边界，也可作为具有持续氧化还原能力和物质转化功能的活性反应场所，为工业废液处理、贵金属绿色循环利用以及碳基能源转换利用等提供了新的理论和技术启示。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c04505