近年來，用于制造各種產品的鉑族金屬(PGMs)，例如鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh)的需求一直在穩定增長。PGMs是汽車催化轉化器、計算機、智能手機、燃料電池以及煉油和精細化工行業催化劑的重要成分之一。然而，地殼中的PGMs資源是有限的，因此利用二次資源，例如回收廢料，可以**解決鉑族金屬缺乏的問題。

目前已經開發了多種技術來優化金屬回收工藝，包括生物回收、沉淀、離子交換樹脂、液-液萃取和膜技術等。從經濟的角度來看，膜技術是上述技術當中操作方式更簡單、可行性更高的回收工藝之一。聚合物包合膜(PIMs)是一種載體介導的膜，具有許多優點，包括耐用性、高選擇性和易調節性。有研究證明，在各種金屬分離和回收過程中，PIMs都能實現良好的分離效果。

基于此，九州大學的Masahiro Goto等人報道了一種以離子液體三辛基(十二烷基)氯化鏻(P₈₈₈₁₂Cl)為金屬載體的聚合物包合膜(PIMs)，并通過順序操作成功分離了鉑(IV)、鈀(II)和銠(III)（如圖1）。該項研究描述包括：接收溶液的篩選、操作條件的優化、建立可能的轉運機制以及膜穩定性的評估等過程。

圖1. PIMs的順序傳輸來選擇性分離鉑族金屬

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

研究人員一個目標是Pt(IV)與Pd(II)和Rh(III)的選擇性分離，在高濃度的HCl(3 M)中，Pt(IV)和Pd(II)易于提取到膜中，而Rh（III）保留在進料溶液中（圖2a）。從PIM中剝離Pt(IV)和Pd(II)的剝離效率如圖2b所示，選擇0.1 M NaClO₄作為接收溶液，能顯示出更高的Pt(IV)回收率(RF)（圖3）。然而，膜與NaClO₄溶液長時間接觸會導致表面損傷（圖4），接收溶液中加入1 M HCl可以防止膜的損傷。因此，選擇使用NaClO₄和HCl的混合物進行后續實驗。進料溶液濃度為80 ppm時，Pt(IV)的運輸性能更好，RF和PR值分別為96％和97％（圖5）。

圖5. 進料溶液濃度對膜傳輸行為的影響

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

隨后，研究人員將進料溶液進行后續的Pd(II)和Rh(III)分離處理。使用10 mM硫脲和0.1 KSCN在1 M HCl中的混合物作為接收溶液時，在運輸操作后觀察到**的Pd(II)傳輸和無色膜（圖6b）。Pt(IV)在傳輸過程中沒有發生復雜的物質變化，而Pd(II)在傳輸過程中會形成[Pd(SCN)₄]^2-（圖7）。Pt(IV)和Pd(II)的傳輸機制如圖8所示。在四個連續的傳輸周期后，PIMs中保持相當穩定的RF和PR值（圖9），進料側和接收側的表面粗糙度分別有適度和**的增加。

圖6. 將Pd(II)和Rh(III)從提余液轉移到(a) 1 M HCl中的5 mM硫脲，(b) 1 M HCl中的10 mM硫脲和0.1 M KSCN的混合物中

圖7. 傳輸后的接收溶液、PIMs內積累的Pd(II)的紫外可見光譜圖

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

圖9. Pt(IV)和Pd(II)連續四個順序傳輸后的回收率(RF)

（圖片來源：ACS Sustainable Chem. Eng.）

總之，該項研究使用含有離子液體載體的PIM成功解決了PGMs相互分離的問題。可以進一步開發PIM傳輸系統，實現從真正的廢料（例如廢舊的汽車催化轉化器）中**回收PGMs。

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.0c03205

原文作者：

Adroit T. N. Fajar, Takafumi Hanada, Mochamad L. Firmansyah, Fukiko Kubota and Masahiro Goto

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c03205