Cúbico Ia 3 d andamios monolíticas gyroidal periódicas y MSA en forma de vagón de ruedas con gran cilíndricos poros abiertos (hasta 10 nm de diámetro) fueron fabricados utilizando plantillas directa asistida por presión con un sistema P123 microemulsión de copolímero. Micrografías TEM de los MSA muestran canales vagón ruedas-como organizados en grandes tamaños de dominio y en diferentes geometrías orientacionales en los gyroidal bicontinuas cúbicos Ia 3 d mesoestructuras (Figura 1). Aunque las sondas L1, L2, y L3 se fisisorbida directamente en los andamios monolíticos (~ 80 mg de la sonda por gramo de andamio), las MSA proporciona control sobre potencial de lixiviación de los ligandos sobre el lavado, la detección de los ensayos de condición, y tratamiento químico durante ciclos de regeneración / reutilización.
Rueda de carro poros-forma como los presentados cúbicos Ia 3 d estructuras de los acuerdos de servicios administrativos, como lo demuestran las imágenes de TEM (Figura 1). losMicrografías HRTEM registradas a lo largo de la faceta dominante en el [111] dirección indican la formación de cúbica morfología de la superficie bi-continua 37-39. Seis veces canales simétricos con diferentes interconexiones de tamaño nanométrico en rueda de carro poros-forma como eran las características cúbicos estructuras Ia3d celosía de MSA (Figura 1, centro) 44. Además, el acuerdo en la red celular unidad de determinación por micrografías TEM (22,5 nm) con el parámetro de celda unidad determinada por pequeño ángulo de difracción de rayos X (a = d 211 √6) indica la formación de la morfología cúbica Ia3d MSA.
La aparición de poros de diversas formas geométricas en esta orientación de seis veces alrededor de cada patrón de rueda de carro es la característica clave de Pd controlada (II), Au (III), y Co (II) difusión de iones, adsorción, y la recuperación. La Figura 2B indica que las geometrías de poros en forma uniforme y propiedades texturales de la cúbica Ia 3 d MSA-1, MSA-2, y MSA-3 fueron retenidos (área de superficie (S BET) de 560, 520, y 570 m 2 / g; volumen de poros (V p) de 1,03, 0,98, y 1,09 cm 3 / g, y tamaño de poro (D / nm) de 8,2, 8,1, y 8,2 nm, respectivamente, como se evidencia de los resultados de las isotermas de N 2). Esta retención de cúbico Ia 3 d MSA integridad estructural se utilizó para el diseño racional de las MSA, para los que el Pd (II), Au (III), y Co iones (II) se detectaron con un tiempo de respuesta rápido, incluso a nanomolar concentraciones (Figura 5.3). Un número considerable de restos orgánicos con potenciales sitios activos funcionales están fuertemente anclado en las superficies de los poros rueda de carro a través de H-unión y las interacciones de dispersión con la retención de la geometría d cúbico Ia 3, como lo demuestran los aviones Bragg reflexión (hkl) (Figura 2A ). La formación de MSA híbridos orgánicos-inorgánicos estables con adecuadaalojamiento de L1, L2 y L3 en los poros rueda de carro podría dar lugar a ninguna lixiviación de ligandos durante los ensayos de captura / detección de iones metálicos / eliminación y proceso de reutilización / recuperación.
La especificidad y la sensibilidad del MSA en forma de carro de ruedas para el objetivo de Pd (II), Au (III), y Co (II) iones se controla ajustando el pH a 2, 7, y 5,2, respectivamente. Estos valores de pH específicos son los más adecuados para el seguimiento y la eliminación de los iones metálicos usando MSA (Figura 6A) selectiva, sensible y eficiente. El procedimiento de cuantificación para la detección / captura de Pd (II), Au (III), y Co (II) iones con MSA-1, MSA-2, y MSA-3 involucrados detección de cambios en la intensidad del color en los tiempos de respuesta de color (R t) de 2, 3, y 5 min, respectivamente. Para evaluar la sensibilidad de las MSA, transiciones de color en los espectros de reflectancia que podría ser detectada por el ojo humano fueron controlados cuidadosamente en un amplio intervalo de concentraciones de iones metálicos(0-5,000 mg / L). Las figuras 6B-D muestran cambios en el color y la reflectancia intensidad de MSA-1, MSA-2, y MSA-3 en λ max 384, 486, y 537 nm, respectivamente. Estos cambios indican metal-ligando eventos de unión durante la formación de la octaédrica [Pd (L1) 2], cuadrado-planar [Au- (L2)], y octaédrica [CO- (L3) 2] complejos (la estabilidad constantes de estos complejos son más altos que los de los complejos de iones de competir; Figura 7) .El reflectancia respuestas espectrales de los MSA indicó la eficiente detección / reconocimiento de metales. Además, la Figura 6F muestra que MSA son muy eficaces en la eliminación y el seguimiento de Pd (II), Au (III), y Co (II) iones de la mina urbana y soluciones LIB más de una amplia gama de concentraciones (desde g / L a mg / L), e incluso en los límites de baja concentración de 0,19, 0,6 y 0,51 mg / l, respectivamente.
Las eficiencias de iones de detección / iones de eliminación del wagon en forma de rueda-MSA hacia Pd (II), Au (III), y Co (II) se evaluaron iones en ausencia y en presencia de iones de interferencia (Figura 7). Cambios significativos en el visible patrones de color y los espectros de reflectancia fueron evidentes, en la mayoría de los casos, tras la adición de 1 a 18 iones que compiten [es decir, (G1) de K (I), Na (I), Li (I), Ca (II ), Fe (III), y Cu (II); (G2) de Cd (II), Pb (II), Hg (II), Ni (II), Mn (II), Al (III); y (G3) de Bi (III), Zn (II), Dy (III), Er (III), Ho (III), y La (III)] a la Pd (II), Au (III), y Co (II) Los sistemas de iones, lo que confirma la eliminación selectiva y la vigilancia eficaz en el objetivo (T) iones. Las bajas concentraciones de Ni (II), Cu (II) y Fe (III) iones interferían, pero interferencias fueron eliminados mediante el uso de 0,3 a 0,5 M de citrato / solución de tartrato como un agente de supresión; no hay cambios significativos en los patrones de colores visibles y reflectancia espectros se produjo tras la adición de altas concentraciones de diversos cationes en las condiciones de iones de detección óptima / captura (pH 2, 7 y 5,2, 40 mg de los MSA, volumen 20 ml, 25 ° C) (Figura 7). Estos hallazgos indicaron identificación selectiva y captura de iones diana en una amplia gama de muestras reales que contienen altas concentraciones de iones que compiten 45,46.
La reutilización del MSA en forma de vagón de ruedas se evaluó mediante el examen de los espectros de reflectancia de los ensayos de detección / captura de iones objetivo y la determinación de la eficiencia de absorción (E%) como una función del ciclo de regeneración / reutilización. El proceso de reciclado se llevó a cabo por extracción de los Pd (II), Au (III), y Co (II) iones a partir de las superficies de MSA (es decir, descomplejación). Descomplejación se llevó a cabo mediante el tratamiento del Pd (II) -, Au (III) -, y Co (II) -MSAs con 0,1 M HClO 4, 0,1 M tiourea en 1% de HCl concentrado, y HCl 2 M, respectivamente. El tratamiento descomplejación se llevó a cabo varias veces para eliminar completamente el Pd (II), Au (III), y Co (II) iones a partir de las superficies de MSA. UV-vis Spectroscopia e ICP-MS fueron utilizados para confirmar que las superficies MSA estaban libres de metales (Figura 8). Eficiencia de absorción de los MSA-1, MSA-2, y MSA-3 se calcularon como% (C A / C 0), donde C A es el objetivo concentración de iones de captación por MSA sólidos y C 0 es la concentración inicial de iones de destino. Los resultados indicaron que las funcionalidades de los MSA en forma de vagón de ruedas se mantuvieron durante ocho ciclos de regeneración / reutilización 46,47.
La recuperación de Pd (II) y Au (III) a partir de chatarra electrónica (es decir, tarjetas PCI) y Co (II) a partir LIBs se llevó a cabo en varias etapas:
La primera etapa fue la separación mecánica de componentes de la placa PCI molidas.
La segunda etapa incluyó un proceso hidrometalúrgico tratamiento previo, en el que los chips de mesa PCI (fuente de los desechos electrónicos) fueron lixiviados en una mezcla de 2 MH 2 SO 4 unnd 0,2 MH 2 O 2 a 90 ° C durante 6 horas para disolver los metales básicos (Cu, Fe, Ni, Al, Li, Mn, Co y Zn) y una suspensión de plástico parcialmente disuelto y Pd (II) y Au (III ) iones 8. Después de la filtración de los plásticos no disueltos, el residuo se lixivia con un ácido combinado de HCl y HNO 3 (3: 1) a 70 ° C durante 3 horas para formar una solución soluble de Pd (II), Au (III), Ag (I ), Fe (III), Sn (IV) y Al (III) iones. El Fe (III), Sn (IV) y Al (III) precipitar los iones mediante el aumento de pH de la solución hasta 4,5 usando NaOH 2 M y se separó por filtración. AgCl se precipitó usando NaCl y se filtró (Figura 9). Además, los componentes de los residuos LIB fueron tratados con HNO 3, dando lugar a una mezcla de Co (II), Ni (II), Mn (II), Li (I), Fe (III), y Al (III) iones.
La tercera etapa consistió en una serie de experimentos llevados a cabo por lotes en condiciones experimentales controladas. En estos experimentos, se purificaron soluciones de lixiviación, Pd (II) y Au (III)iones fueron recuperados de las soluciones chatarra electrónica utilizando MSA-1 y MSA-2 (ver Figura 9), y Co (II) se recuperó a partir de los productos principales de la solución LIB usando MSA-3 (Tabla 1). Después de la separación, el filtrado se analizó mediante ICP-MS.
En la cuarta etapa, las captaciones porcentuales de Pd (II) y Au (III) por MSA-1 y MSA-2 a partir de una verdadera mezcla compuesta mina urbana [0,119 mg / L Pd (II), 0,35 mg / L Au (III ), 0,23 mg / L Ag (I), 7,05 mg / L de Cu (II), 5,78 mg / l de Ni (II), 13,35 mg / l de Fe (III), 7.09 mg / L de Al (III)] Se han determinado. Se utilizó MSA-3 para estimar la recuperación de Co (II) iones a partir de una mezcla compuesta de bienes LIB [1,75 mg / L Co (II), 420 mg / l de Ni (II), 350 mg / L Mn (II), 370 mg / L Li (I), 7 mg / l de Fe (III), 1 mg / L de Al (III)]. La eficiencia de la absorción de Pd (II), Au (III), y Co (II) iones de MSA-1, MSA-2, y MSA-3 se calculó como sigue: E% = C A / C e = C 0 - C e / C 0, donde C A es la absorción de la concentración de iones diana por MSA sólidos, y C E y C 0 son las concentraciones de iones de destino en las soluciones equilibradas e inicial. La Tabla 1 presenta los resultados para el estudio real de la muestra de la extracción de Pd (II), Au (III), y Co (II) usando las MSA; las captaciones porcentuales de Pd (II), Au (III) y Co (II) fueron de aproximadamente 79%, 68% y 66%, respectivamente.
La quinta etapa involucrada experimentos de recuperación utilizando decapantes (Figura 3-5) para liberar Pd (II), Au (III) y Co (II) iones de las superficies de MSA en forma de vagón de ruedas. La eficiencia de recuperación (R%) se calculó como sigue:% R = C R / C A, C, donde R es la concentración de iones objetivo lanzado en solución por el agente de separación. ICP-MS analiza de las soluciones recogidas indicó que >> 98% de los iones metálicos quere lanzado por química simple extracción (Tabla 1). Este resultado indica que los niveles ultra-traza de Pd (II), Au (III) y Co (II) iones fueron extraídos de la mina urbana por los acuerdos de servicios administrativos.

Figura 1. Investigación de la geometría en forma de carro de cuatro ruedas. Micrografías HRTEM del patrón rueda de carro en las cúbicos Ia 3 d estructuras de los acuerdos de servicios administrativos. Centro: forma cristalina.

Figura 2. Determinación de la red cristalina y de superficie parámetros mesoestructurados de poros en forma de vagón de ruedas. Patrones de difracción de rayos X (A) y N 2 adsorción / isotermas de desorción (b) de la forma de vagón de ruedas, cúbicos Ia 3 d MSA.

Figura 3. ingeniería sistemática de la MSA-1. La fabricación de Pd (II) -MSA-1 y Co (II) -MSA-3 a través del método asistida por presión.

Figura 4. ingeniería sistemática de la MSA-3. La fabricación de Co (II) -MSA-3 a través del método asistida por presión.

Figura 5. ingeniería sistemática de la Fabricación de Au (III) MSA-2. -MSA-2 a través del protocolo de bloques de construcción.

Figura 6. controlada dependiente del pH Pd (II), Au (III), y Co (II) ion-ssistemas Ensing. (A) Perfiles de pH-respuesta de MSA-1, MSA-2, y MSA-3 durante los detección y eliminación de ensayos de objetivo Pd (II), Au en forma de vagón de ruedas (III) y Co (II) iones. La eficiencia de los espectros de reflectancia se controló como una función del pH a λ max = 384, 486, y 537 nm, respectivamente. (B - D) la concentración de iones de destino en función de los espectros de reflectancia de MSA-1, MSA-2, y MSA-3, respectivamente. Mapas (E) de color para la MSA con la adición de 2 ppm Pd (II), Au (III), y Co (II). (F) parcelas de calibración de (R - R 0) vs. [M + n] para MSA-1, MSA-2, y MSA-3. Nota: R y R 0 representan la reflectancia de las MSA con y sin la adición de iones de destino, respectivamente.

Figura 7. Estudio de la Pd (II), Au (III), y Co (II) los sistemas de iones selectivos (A - C). Selectividad de MSA-1, MSA-2, y MSA-3 en forma de vagón de ruedas- hacia Pd (II) (2 mg / L), Au (III) (1 mg / L), y Co (II) (2 mg / L) de iones de detección y los ensayos de eliminación de iones. (D) respuesta de color secuencial ofMSA-1, MSA-2, y MSA-3 (en blanco, es decir, el ensayo libre de metales) hacia el blanco Pd (II), Au (III), y Co (II) iones después de la adición de interferir iones en una sola, binario, y grupos de iones (G1-G3).

Figura 8. Reutilización de MSA en forma de vagón de ruedas (A) Evaluación de los ensayos, detección / eliminación ópticos en forma de vagón de ruedas de los iones de destino después de ocho ciclos de regeneración / reutilización (concentración de iones de destino:. 2 mg / L, pH y los valores de tiempo de respuesta de señal para MSA-1, MSA-2, y MSA-3: pH = 2, 7, unad 5.2, R t = 2, 3, y 5 min; t = 25 DO). (B) Eficiencia Captación frente al número de ciclos de regeneración.

Figura 9. recuperación real de Pd (II) y Au (III) iones a partir de soluciones de chatarra electrónica. Tratamiento hidrometalúrgico de tarjetas PCI y recuperación de Pd (II) y Au (III) iones a partir de soluciones de chatarra electrónica.
| Iones de destino | Target ion determinación | Iones objetivo (mg / L) | Iones metálicos coexistido (mg / L) | MI % | R% |
| Pd (II) | C 0 | 0,119 | Ag (I): 0,23, Au (III): 0,35, Al (III): 7,09, Ni (II): 5.78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7.05 | 79 | 97 |
| C e | 0,025 | Ag (I): 0.225, Au (III): 0.351, Al (III): 7,11, Ni (II): 5.77, Fe (III): 13,32, Cu (II): 6.95 |
| C R | 0.0913 | Ag (I): 0,00, Au (III): 0.001, Al (III): 0,00, Ni (II): 0.002, Fe (III): 0,005, Cu (II): 0,009 |
| Au (III) | C 0 | 0.35 | Ag (I): 0,23, Pd (II): 0.119, Al (III): 7,09, Ni (II): 5.78, Fe (III): 13,35, Cu (II): 7.05 | 68 | 98 |
| C e | 0.11 | Ag (I): 0.231, Pd (II): 0.118, Al (III): 7,00, Ni (II): 5.66, Fe (III): 13,29, Cu (II): 6.92 |
| C R | 0,235 | Ag (I): 0,00, Pd (III): 0.002, Al (III): 0,00, Ni (II): 0.004, Fe (III): 0,003, Cu (II): 0.01 |
| Co (II) | C 0 | 1.75 | Ni (II): 420, Mn (II): 350, Li (I): 370, Fe (III): 2,00, Al (III): 0,40 | 66.3 | 95 |
| C e | 0.59 | Ni (II): 419,34, Mn (II): 350,06, Li (I): 370, Fe (III): 1,91, Al (III): 0,05 |
| C R | 1.15 | Ni (II): 0.85, Mn (II): 0.00, Li (I): 0,00, Fe (III): 0,05, Al (III): 0,02 |
Tabla 1. La determinación cuantitativa de los iones metálicos en muestras reales. Datos analíticos ICP-MS para la recuperación de Pd (II), Au (III) y Co (II) iones en la chatarra electrónica y soluciones LIB.