电镀镍废水中回收废弃镍再利用于光热催化

电镀镍废水中回收废弃镍再利用于光热催化

电镀行业产生的有害镍废物的处理是全球范围内的强制性要求，这一过程需要巨大的成本，并且会产生非常高的二氧化碳足迹。如何回收这些被视为一次性废物的废镍是一个重要的挑战。从废水中回收镍的传统方法通常很麻烦，经济效益也很低。

鉴于此，浙江大学硅材料国家重点实验室（材料科学与工程学院）杨德仁团队研究员孙伟与苏州大学何乐教授、加拿大多伦多大学Ozin教授合作，提出了一种创新实用的简易策略，利用胺基功能化多孔二氧化硅封装磁性纳米粒子，将电镀废水中的废镍升级为先进的光热催化剂，用于将二氧化碳转化为有价值的化工原料。该技术经实验验证，可有效吸收废水中的镍，并将其用于光热CO2催化。

图 1. 从真实电镀镍废水中回收废镍并重新用于光热 CO2 还原的工艺示意图。图片来源：Nat. .

论文中的吸附剂（即催化剂载体结构）经过了精心设计，每个部分都有着不可替代的作用。最外层的多孔二氧化硅为氨基接枝和高分散的镍颗粒负载提供了位点；中间的薄层实心二氧化硅可以减少酸性废水对最内层铁核的刻蚀，还可以抑制高温光热条件下铁组分的团聚；最内层的铁核不仅可以使整个吸附剂易于从溶液中分离（磁分离），还可以在光热催化中充当热核（得益于铁核的高光吸收）。

图2. 精心设计的催化剂的形貌和组成。图片来源：Nat. .

该催化剂能够以1.9 mol gNi-1h-1（44.1 mmol gcat-1 h-1）的极高速率生成CO，CO选择性接近100%，并且具有显著的长期稳定性。

图3. 不同样品的光热性能及光热催化CO2还原性能。图片来源：Nat. .

碳排放评估表明，在相同产率下，使用该催化材料的光热催化净碳排放量优于纯热催化，而制备催化剂镍源的成本最高可节省约10美元/克。该技术不仅实现了镍的回收，还能促进CO2减排并生产可持续的化石燃料，一举三得。

图4. 二氧化碳碳足迹的计算与评估。图片来源：Nat. .

该成果近日发表在《中国科学院学报》杂志上，文章第一作者为浙江大学博士生王胜华和张大可。

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Ni 到 CO2 的转化

王大可张、王武、钟军、冯凯、吴志毅、杜博宇、何李、何乐、孙伟、杨德仁 & A. Ozin

纳特。 .，2022，13，5305，DOI：10.1038/-022-33029-x

关于孙伟博士

孙伟，百人计划研究员，博士生导师，浙江大学材料科学与工程学院（硅材料国家重点实验室）杨德仁院士团队研究员。孙伟于加拿大多伦多大学化学学院获得无机化学-交叉学科研究博士学位，师从“纳米化学之父”、爱因斯坦奖获得者Ozin教授。后在多伦多大学化学学院、机械工程学院兼职从事博士后研究。近年来在《.》、《.》、《Sust.》、《Adv.》、《Adv.》、《Adv.》、《Adv. Mater.》、《Angew. Chem.》等高水平学术期刊发表学术论文近50篇，研究成果多次被《日报》、《科技日报》、《观点》等科技媒体重点报道，曾获国家优秀自费留学生奖学金。 入选浙江大学“百人计划”、浙江省高层次人才项目、国家四青项目，承担国家重点研发计划青年项目等科研项目，总经费超700万。2022年至今历任浙江大学半导体材料研究所副所长、人才处副处长、中国感光学会青年理事及多个期刊青年编辑。研究方向是通过纳米硅化学实现硅在催化、环境、能源方面的新应用。详情请见首页：

孙伟研究员属于杨德仁院士课题组。杨德仁院士现任浙江大学宁波理工学院院长、院长，杭州国际科技创新中心首席科学家。2000年受聘为教育部长江学者计划教授，2002年获得国家杰出青年基金，2017年当选为中国科学院院士。担任国家自然科学基金创新研究群体、教育部长江学者计划创新群体、科技部重点领域创新团队、浙江省重点科技创新团队等负责人；兼任国家重大科技专项（02）总体专家组成员、中国可再生能源学会副理事长等；兼任Micro and主编，of、State等4个国际学术期刊编委。 长期从事半导体硅材料的研究，包括超大规模集成电路硅材料、太阳能光伏硅材料、硅基光电子材料、纳米硅半导体材料等。

杨德仁

何乐

奥津