利用生物基Bi-MOF的酚羟基从电子垃圾浸出液高效提金

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摘要
1. 西安交通大学许章炼团队在 Small 发表研究，以可食用多酚鞣花酸和没食子酸为构筑单元，在室温水相条件下合成了两种含有丰富酚羟基的铋基生物金属–有机框架 Bi-EA 和 Bi-GA。
2. 两种材料对 Au3+ 的吸附容量分别达到 2989.9 mg/g 和 2516.3 mg/g，10 分钟内去除率超过 99%，并在多种竞争离子共存条件下保持高选择性；

研究背景
1. 行业问题
电子垃圾浸出液中金含量可达约 2000 ppm，但实际浸出液成分复杂，常含高浓度铜、镍、铝、钴等竞争金属离子，如何高容量、高选择性地捕获金仍是难点。
2. 现有方案
已有研究采用 MOF往往通过后合成复合或接枝巯基、酰胺基等官能化策略虽能提升性能，却增加了合成复杂度和成本，并可能显著降低孔隙率，限制吸附位点暴露和传质速率。
3. 本文创新
本文直接以可食用多酚鞣花酸和没食子酸作为构筑单元，在室温、常压、水相条件下合成两种化学稳定的铋基生物 MOF，无需后修饰即可依靠框架内酚羟基实现吸附–还原一体化提金，兼顾高容量、快速动力学、选择性和可放大合成。

实验内容
1. 生物 MOF 的室温水相合成
将醋酸铋与鞣花酸或没食子酸在水相中室温、常压、空气气氛下搅拌 48 小时，分别得到 Bi-EA (即SU-101)和 Bi-GA；作者还以从石榴皮中提取的 90% 膳食补充剂级鞣花酸替代试剂级原料，同样获得相纯 Bi-EA，并进行了 1000 mL 规模放大，单批产率约 80%得到9 g，估算时空产率约 4.5 kg m−3 day−1。
2. 金吸附性能测试
配制 500–5000 ppm 的 AuCl4− 溶液考察吸附容量，并开展时间依赖吸附、pH 2–12 范围内的捕获效率、低浓度（1 ppm）去除以及循环使用等实验；同时以河水、海水和实际 CPU 浸出液为复杂基质，评估选择性提取能力。
3. 实际电子垃圾浸出液验证
从废弃电脑中获取 AMD 和 Intel CPU，分别用 N-溴代琥珀酰亚胺/吡啶水溶液处理得到浸出液，在铜、镍等竞争离子大量存在的条件下测试 Bi-EA 对金的提取效率。

分析表征
1. 结构与形貌表征
PXRD 确认 Bi-EA 和 Bi-GA 的晶相，TEM 显示二者均为纳米棒形貌，EDX 元素映射表明 Bi、O、C 分布均匀；Bi-EA 晶体结构中 Bi3+ 与酚氧形成较短的 Bi─O 键（2.1–2.3 Å），沿 c 轴的无机构筑单元由鞣花酸阴离子在 ab 平面连接，形成约 6–7 Å 的一维孔道。
2. 吸附性能数据
Langmuir 模型拟合相关系数 R2 > 0.98，最大吸附容量为 Bi-EA 2989.9 mg/g、Bi-GA 2516.3 mg/g；Bi-EA 在 10 分钟内对 Au3+ 去除率超过 99%，吸附动力学符合准二级模型（R2 > 0.999）；在 pH 2–10 范围内 AuCl4− 几乎完全被吸附。
3. 还原产物证据
吸附后 SEM/EDX 显示表面生成金纳米颗粒，XRD 出现金属 Au0 的（111）、（200）、（220）、（311）、（222）衍射峰，XPS 中 Au 4f7/2 和 4f5/2 峰位于 84.8 和 88.4 eV，与金属金一致；FT-IR 显示吸附后酚羟基消失并出现 C═O 键。

机理分析
1. 酚羟基介导的吸附–还原路径
作者提出，鞣花酸中的酚羟基（C─OH）首先吸附 AuCl4− 形成配位结构，随后酚羟基向 AuCl4− 提供电子将其还原为元素金 Au0，自身氧化为 C═O；XPS 中 C─O 与 C═O 比例变化支持这一氧化还原过程。
2. 活性位点归属
吸附前后 Bi 4f 谱几乎不变，说明 Bi 位点不是主要反应位点；金属金在吸附 1 分钟后即可被检测到，表明还原过程超快且自发。

总结
1. 本研究以可食用多酚为构筑单元，在室温水相条件下合成了两种铋基生物 MOF，实现了从河水、海水和实际电子垃圾浸出液中对金的高容量、快速、选择性提取，并将金直接还原为金属态。
2. 材料性能的核心来源是框架内暴露的酚羟基，其吸附–还原一体化机制省去了额外洗脱和还原步骤，同时合成路线简单、可放大、成本较低。

文章标题：Unlocking the Selective Extraction and Direct Reduction of Gold From E-Waste Leachate Through Robust Bismuth-Based Metal–Organic Frameworks
文章作者：Wenlong Sun、Meng Zhang、Pengfei Shi、Yongming Zhao、Boxiao Wang、Xufeng Chen、Yuhuan Hao、Zhanglian Xu
DOI：10.1002/smll.76376
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.76376

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西安交通大学许章炼团队在 Small 发表研究，以可食用多酚鞣花酸和没食子酸为构筑单元，在室温水相条件下合成了两种铋基生物金属–有机框架 Bi-EA 和 Bi-GA，用于从河水、海水及电子垃圾浸出液中选。