从工业废水中选择性回收铜并再利用
有望同时实现资源获取与环境保护
在工业现场被视为有害废水处理的铜，如今通过国内研究团队开发的技术，得以重新转化为高纯度金属。
韩国科学技术研究院（KIST）研究团队实现了一种新概念回收材料：先吸附废水中的铜离子，再在胶囊内部直接将其生长为金属晶体，在战略金属获取和环保资源循环领域备受关注。
3D高密度胺微胶囊（DMC）内部多级孔结构的曲率所导致的可控结晶形成机理。根据高密度胺微胶囊内部形成的不同孔道曲率，确认引入的胺官能团密度存在差异，并以此为基础引入诱导结晶的官能团。通过micro-CT图像确认，铜吸附后其内部多级孔结构被高密度晶体充满，并且在与其他阳离子金属离子共存的条件下仍对铜表现出很高的选择性。与先前文献报道的铜回收结果相比，其铜回收容量比纳米级吸附剂高出约2倍以上。图示说明及提供：Choi Jaewoo 韩国科学技术研究院首席研究员，Jung Younggyun 博士后研究员，Lee Yoon 学生研究员提供。
View original image废水变金属资源……有望破解铜供应危机
韩国研究财团20日表示，KIST研究员 Choi Jaewoo 博士团队开发出了具有高容量和高耐久性的“三维胺基毫微胶囊”，并将成果发表在国际学术期刊《Advanced Composites and Hybrid Materials》（《先进复合材料与杂化材料》）上。
铜是构建半导体、电力网络、二次电池和可再生能源基础设施所必需的金属，需求快速增长的同时，对海外供应依赖度较高，对稳定回收技术的需求日益迫切。
传统电解或膜分离方式成本高，难以进行大规模示范；基于平面结构的吸附剂因容量和选择性下降，难以立即应用于工业现场。纳米颗粒型材料虽然性能优异，但分离过程复杂，在大规模工艺中存在操作性问题。
为解决这些局限，研究团队实现了“吸附—结晶机制”：铜离子进入胶囊内部空间，在三维结构中直接生长为晶体。米粒大小的毫微胶囊内部形成了放射状骨架和多层孔结构，表面引入的高密度胺基官能团可快速捕获铜离子。随后铜离子与阴离子结合，在胶囊内部生长为金属晶体，从而同时实现结构稳定性和高回收效率。
世界最高容量……连续运行50天仍保持稳定
该材料的最大吸附容量达到1602.3毫克/克，是现有材料的两倍以上，处于世界最高水平。重复使用7次后，性能下降被控制在6.4%以内，即使连续运行50天也未出现结构性损伤。
在多种金属混杂的工业废水中，该材料对铜的选择性也非常高，被评估为可应用于实际的半导体、电镀、金属加工废水处理。由于是毫米级高分子胶囊，固液分离容易，压力损失小，可直接投入现有连续柱式工艺，这一点也被视为重要的产业化优势。
该技术的另一特点是，在材料制备过程中利用了日常服装的主要成分——丙烯酸纤维。可以将废旧服装转化为高附加值回收材料，作为环保循环经济技术，具有较大扩展潜力。
Choi Jaewoo 博士表示：“在胶囊内部生长的高纯度铜晶体可再利用为催化剂或电极等高附加值材料，这不仅是一项简单的废水处理技术，更将成为构建‘废水→金属生产’结构的基础。”共同研究者 Jung Younggyun 博士则表示：“今后将以半导体、电镀等实际工业废水为对象，进一步开展示范，以提高在工业现场的适用性。”
受人工智能数据中心扩张、电动汽车普及、输配电网强化等因素影响，铜需求今后仍将大幅增长。在将城市垃圾、电子废弃物和工业废水作为新型“城市矿山”加以利用的技术日益重要之际，此次技术有望成为同时瞄准国内资源保障、减少环境污染和提升产业竞争力的平台。
刊登在 ACHM 的论文题目为《Controlled in-situ crystallization in amine-rich millicapsules for hyper-efficient copper recovery》（基于富胺毫微胶囊的可控原位结晶实现超高效铜回收）。本研究得到了科学技术信息通信部和韩国研究财团“世宗科学奖学金”项目的资助。
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