近日，来自北京化工大学的赵宇飞教授团队、清华大学段昊泓副教授团队，在期刊Chem. Eng. Sci.上发表题为“Super-stable mineralization of multiple heavy metal ions from wastewater for utilization in photocatalytic CO₂ reduction and trace precious metal recovery”的文章。该工作针对含铬皮革废液治理以及资源再利用，开发了一条多级超稳矿化重金属污染物处理技术路线，实现了对废水中的多种类重金属离子的快速、大量去除。该技术路线不仅在效率、稳定性等方面具有超越传统方法的优势，在成本和固废量等方面也满足了相关行业的现实需求。矿化产物在印刷线路板中贵金属还原回收等方面展现了良好的性能，为能源和废弃资源循环利用提供了思路。

图1 传统沉淀法和多级超稳矿化技术对铬和其他重金属污染物的处理对比

随着全球工业化进程的推进，许多行业造成的重金属污染和资源浪费也在不断加剧。目前的重金属处理技术大多以达标排放为目标，导致大量污泥难以使用，造成资源浪费，而且通常面临着效率低、成本高、稳定性差、污泥量大且难处理等困境。拿皮革工业来说，在皮革鞣制过程中有大量的Cr(III)污染，至少存在以下问题：

1）沉淀物K_sp较大，液相平衡浓度高，治理效果不理想；

2）尽管治理时将六价铬还原为三价铬，但因结构不稳定等因素，仍会恢复为六价铬离子；

3）治理产物难以资源化，成为二次污染源。

因此，如何高效、稳定地去除多种重金属污染物，并尽量降低成本和污泥量，实现资源循环利用，是目前含重金属废水治理的迫切需求。

要点一：

使用氢氧化钙对鞣革废水中的高浓度铬离子进行处理，不仅能够在极短的时间内将废水处理达标，还能通过超稳矿化作用原子经济地合成层状LDH；得到的该LDH可以用于其他多种重金属离子的超稳矿化，在速度、容量、稳定性等方面都有优秀的表现。通过多级超稳矿化技术，实现了处理成本降低一半，固体危废减少10%，体现了超稳矿化在多场景应用的优势，满足了工业废水处理的实际需求。相比于传统的化学沉淀法，使用多级超稳矿化技术处理含重金属工业废水在处理量、处理速度、稳定性、成本和固废量等多个维度均具有更大的优势，是一种经济、高效、可持续的重金属处理技术。

图2 CaCr-LDH用于其他金属离子的矿化性能和抗干扰、抗碱腐蚀能力

CaCr-LDH能够高效去除废水中的大量重金属离子，且能有效耐受高浓度共存离子的干扰和强碱性环境的腐蚀。

图3 从多个角度对传统沉淀法和多级超稳矿化技术的综合评价

图4 鞣革废水（采集自河北辛集制革工业区）在超稳矿化处理前后的外观。

要点二：

经过多级超稳矿化处理，Cr³⁺离子和二价重金属离子被固定到LDH的主体层板晶格中，获得了更高的稳定性。由图5可知，相较于工业常见产物Cr(OH)₃相比，Cr-LDHs中的Cr具有更高的溶出能，即Cr被超稳矿化到LDHs中后更难恢复游离态，稳定性更强，不易发生二次污染，LDH内多重作用力，具有“晶格阻尼”效应，避免了Cr离子的溶出和变价，进一步验证了超稳矿化在矿化变价金属离子方面的“超稳“优势。

图5 Cr(OH)₃和MCr-LDHs的Cr溶出能比较。

要点三：

超稳矿化产物MCaCr-LDH能够将PCB淋洗废水（~14 μg/L Au，~73 mg/L Cu）中的金离子高选择性富集。对于被富集在表面的金离子，MCaCr-LDH能够将其高效地光还原为单质金属态。

图6 MCaCr-LDH和TiO₂对PCB淋洗废水中Au和Cu的去除效率和对金的还原率

矿化产物MCaCr-LDH能够高选择性地富集PCB淋洗废水中的AuCl₄^-离子，其对AuCl₄^-离子的吸附率高达90%左右，而对废水中Cu²⁺离子的吸附率仅不足4%。而且，MCaCr-LDH能够高效地将AuCl₄^-离子光催化转化为单质Au⁰，其还原率高达约80%。

【文章详情】

Jikang Wang, Yawen Wang, Wenbo Xiong, Zixian Li, Xianggui Kong, Hong Yan, Yanjun Lin, Haohong Duan,* and Yufei Zhao*, Super-stable mineralization of multiple heavy metal ions from wastewater for utilization in photocatalytic CO₂ reduction and trace precious metal recovery，Chem. Eng. Sci.  2023, 271, 118583 .