黄金（Au）因其优异的导电性、稳定的化学性质以及独特的催化特性，在电子工业、催化工程及高端珠宝制造加工等领域具有不可替代的应用价值。随着资源日益紧张，从二次资源中回收黄金变得至关重要。近年来，金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）和功能化聚合物等新型吸附材料在金回收领域展现出良好的应用前景，然而这些材料在实际应用中仍面临诸多挑战，包括复杂的合成工艺、高昂的生产成本、较差的耐酸性以及回收再生困难等问题。相较而言，静电纺丝纳米纤维材料因其制备工艺简单、成本效益显著、可循环利用性强等优势而备受关注。更重要的是，这类材料具有优异的酸碱稳定性和高比表面积，为功能化修饰提供了理想的载体，能够确保吸附位点的高效暴露和充分利用。因此，开发基于静电纺丝纳米纤维的新型功能材料，实现冶金废水中金的高效回收，对于促进贵金属资源的可持续利用具有重要的战略意义。

近日，昆明学院云南省金属有机分子材料与器件重点实验室何红星副教授、张毅副教授和聂陟枫研究员团队在期刊《Separation and Purification Technology》上，发表了静电纺丝技术最新研究成果“Quaternary amine-functionalized electrospun nanofibers for selective gold capture: Experimental and DFT calculation study”。该团队通过利用静电纺丝技术结合季铵化改性工艺成功开发出一种新型的季铵功能化静电纺丝纳米纤维材料——GA-PVA/PEI-Cl，并将其应用于冶金废水中“金”的高效富集回收领域。研究发现，GA-PVA/PEI-Cl在6小时即可达到吸附平衡，吸附动力学和吸附容量优于绝大部分已报道的吸附剂材料。此外，GA-PVA/PEI-Cl在模拟废水中对Au(III)具有高选择性，其分配系数高达49249.6 mL/g。同时，GA-PVA/PEI-Cl也表现出良好的循环性能，经过5次循环后，其吸附效率基本保持不变。

图1：GA-PVA/PEI-Cl纳米纤维的形貌和结构表征。

图2：GA-PVA/PEI-Cl的FTIR、BET和EDS表征。

通过静电纺丝技术结合季铵化改性工艺，制备出具有离子液体特性的GA-PVA/PEI-Cl纳米纤维。如图1所示，制备的基质材料PVA/PEI纳米纤维具有随机取向的网状结构，表面光滑无串珠，平均直径为350 ± 10 nm。经戊二醛（GA）交联处理后，纤维形成交错的多孔结构，表面粗糙度增加，平均直径略微增大至370 ± 10 nm。季铵化改性后样品的形貌与改性前相似，表面光滑无塌陷，但平均直径增大至425 ± 10 nm，这可能是由于在聚合物结构中引入烷基链的丙基所致。通过比较GA-PVA/PEI-Cl改性前后的傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等表征说明季铵化改性成功。通过GA-PVA/PEI-Cl纳米纤维吸附前后的X射线光电子能谱(XPS)和能谱分析（EDS）可以验证Au被成功吸附于材料表面。

图2：pH和温度对吸附过程的影响。

图3：吸附过程的吸附动力学和吸附等温线拟合。 

图4：GA-PVA/PEI-Cl对Au(Ⅲ)吸附的选择性和循环性。

图5：XPS谱图和电化学表征。

图6：吸附过程的相关DFT计算。

图7：吸附机理图。

通过研究吸附过程不同条件（pH、温度、初始浓度和时间）对吸附过程的影响，结果表明整个吸附过程为自发吸热反应，吸附容量随温度升高而增加。通过对吸附过程的动力学和吸附等温线分析，表明吸附主要是由单分子层控制的化学吸附为主。在模拟工业废水的复杂环境中，GA-PVA/PEI-Cl对Au(III)具有显著的选择性和有效的吸附率。通过密度泛函理论（DFT）计算和X射线光电子能谱技术（XPS）对吸附的机理分析得到，吸附过程主要涉及静电、配位和氧化还原三种机制的协同作用。总之，这项研究不仅成功制备了一种高性能的纳米纤维金吸附剂，更通过实验与理论计算的紧密结合，深入解析了其作用机制。GA-PVA/PEI-Cl纳米纤维凭借其制备简便、高效、高选择性、可循环的显著优势，为从电子垃圾处理液、冶金废水等复杂体系中高效回收黄金提供了一种极具潜力的新技术方案，对推动贵金属资源的可持续利用具有重要意义。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.133945

人物简介：

杨新涛，昆明学院化学化工学院2024级材料与化工专业硕士研究生，2020至今曾获得“优秀志愿者”、“校级优秀学生干部”、“优秀共青团员”等荣誉，主持2022年云南省大学生创新创业项目1项。

何红星，工学博士，昆明学院副教授，硕士生导师，党政办公室主任，云南省“兴滇英才引进计划”青年人才。云南省高校食品安全检测技术重点实验室、云南省金属有机分子材料与器件重点实验室骨干成员；担任《安全与环境学报》期刊青年编委、昆明市食品工程中级专业技术职称评审专家。近年来，主研国家自然科学基金项目3项，主持参与省部级项目5项，市厅级项目3项。在Chemical Engineering Journal、Separation and Purification Technology、Materials Today Chemistry、Surfaces and Interfaces、Langmuir等期刊发表SCI论文20余篇，申请授权国家发明专利3件。

张毅，理学博士，副教授，硕士生导师，云南省“兴滇英才引进计划”青年人才。云南省高校食品安全检测技术重点实验室骨干成员，云南省金属有机分子材料与器件重点实验室核心成员。近年来，主省部级项目1项，校级项目2项，参与国家自然科学基金项目1项，省部级项目5项。在Chemical Engineering Journal、Talanta、Analyst、Materials Today Sustainability、Chinese Chemical Letters等期刊发表SCI论文20余篇。

聂陟枫，工学博士，研究员，硕士生导师，现任昆明学院化学化工学院副院长，云南省金属有机分子材料与器件重点实验室主任。荣获云南省有突出贡献优秀专业技术人才、云南省“兴滇英才支持计划”青年拔尖人才、昆明市“春城计划”青年人才及昆明市中青年学术和技术带头人后备人选等荣誉称号。担任教育部学位中心学位论文评审专家、国家自然科学基金通讯评审专家及云南省科技评审专家。主持国家自然科学基金项目2项，云南省基础研究重点项目等省部级项目10余项，企业委托的技术攻关项目2项。在《Chemical Engineering Journal》《Applied Surface Science》《Surfaces and Interfaces》《International Journal of Heat and Mass Transfer》《Applied Thermal Engineering》等期刊发表SCI学术论文50余篇，申请/授权国家发明专利15件。获云南省自然科学二等奖1项，中国有色金属工业科学技术奖一等奖、三等奖各1项。