贵金属的光驱动溶解机理及应用研究
贵金属不仅具有良好的延展性、导电性等物理性能，还具有较高的化学惰性和较强的耐腐蚀性。近年来，贵金属已经越来越多地应用于珠宝、电子和现代工业催化等领域，但由于贵金属的储量有限且稳定性高，矿石开采和电子垃圾回收贵金属仍然存在巨大的挑战。在工业生产中广泛采用的溶解方法是涉及使用腐蚀性和高毒性试剂的王水法和氰化法，这些方法不但危害人体和环境，而且化学耗能高。因此，绿色、高效的贵金属溶解方法的研究和开发对于贵金属行业的可持续发展极为重要。光催化氧化还原技术是转化和存储太阳能以解决环境和能源问题的首选技术，直接利用太阳光驱动的自由基反应和良好稳定性的催化剂使得光催化剂在反应体系中产生高反应性自由基。基于上述研究背景，本论文主要围绕贵金属的光驱动溶解技术展开了系统性的科学研究，致力于推动贵金属的绿色回收技术的发展。论文的主要研究内容如下： 1.贵金属的光驱动溶解研究和应用 以实验室中废旧的贵金属铂催化剂为研究对象，在空气气氛、室温条件和光催化剂存在条件下，通过光照将催化剂上的铂单质溶解成铂离子进入溶液中，并对不同载体上铂的光催化溶解效果和其他种类贵金属的光催化溶解进行了定性和定量的研究。在光催化条件下，载体分别为二氧化硅、三氧化二铝、分子筛及二氧化钛上的铂颗粒均能在室温下被很好的溶解。同时，其他贵金属（金、钯、钌、铑、铱）在光驱动下，也展示出色的溶解效果。此外，电子垃圾（CPU）、含金矿石和汽车三相催化器（TAC）上分别存在的金、钯、铂、铑都能通过光催化技术溶解浸出，并且当CPU和含金矿石的质量达到公斤级，只需延长时间就可将其中的贵金属完全溶出。由此，将光催化技术引入贵金属溶解被证实是切实可行的，这使得绿色溶解贵金属成为可能。 2.贵金属的光驱动溶解机制研究 以贵金属铂催化剂为溶解研究对象，通过调节不同的反应条件来探究贵金属的光驱动溶解过程和机制，并将溶解后的产物分离提纯以便测定溶解后产物的成分。（1）贵金属的光驱动溶解必须有氧气、光催化剂和光的参与，并且只有在氰基化合物和有机氯化物的混合溶剂中才能够发生。（2）溶解后的产物为氯铂酸铵类化合物，元素组成为氢、氮、氯、铂，其中铂的价态为正四价和正二价并存。（3）通过对催化过程的设计，可以推测溶解的活性物质可能是自由基物种。进一步通过ESR（电子顺磁共振波谱仪）对溶解过程中的自由基进行实时监测可以证明反应过程中首先出现超氧自由基，然后逐渐转化为甲基自由基。此外，产物中检测到烯烃、炔烃，且反应过程中有少量水生成。以上的实验结果明确了贵金属的光驱动溶解机制。 3.贵金属的选择性光驱动溶解初探 分别以含金、银和铜的CPU和含铜、银、金和铂的贵金属催化剂为选择性溶解研究对象，通过调整光催化溶解过程中的反应条件来实现对贵金属的光催化选择性溶解。在氧气、光催化剂和光同时存在的条件下，以氰基化合物为溶剂可以实现贵金属金和银的选择性溶解。由于铜与银和金同一主族，它们具有相似的核外电子排布，因此铜也可以被选择性溶解，其他金属不可被溶解。根据金属的活泼性顺序，溶解的先后顺序为：铜gt;银gt;金。溶解后的金属离子复合物通过简单的还原方法可以获得纯度较高的金属单质，可实现真正意义上的贵金属绿色回收。
贵金属;选择性溶解;绿色技术;光催化机理
上海师范大学
硕士
工业催化
卞振锋
2020
中文
O643.36;O657.37
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）