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Nature Communications volume 14, numero articolo: 1284 (2023) Citare questo articolo

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Lo sviluppo di una tecnologia di recupero dell’oro ecologica, efficiente e altamente selettiva è urgentemente necessario per mantenere ambienti sostenibili e migliorare l’utilizzo delle risorse. Qui riportiamo un paradigma di recupero dell'oro indotto da additivi basato sul controllo preciso della trasformazione reciproca e dell'assemblaggio istantaneo degli addotti coordinati della seconda sfera formati tra β-ciclodestrina e anioni tetrabromoaurato. Gli additivi avviano un rapido processo di assemblaggio co-occupando la cavità legante della β-ciclodestrina insieme agli anioni tetrabromoaurato, portando alla formazione di polimeri supramolecolari che precipitano da soluzioni acquose come cocristalli. L'efficienza del recupero dell'oro raggiunge il 99,8% quando come additivo viene utilizzato il dibutilcarbitolo. Questa cocristallizzazione è altamente selettiva per gli anioni tetrabromoaurato planari quadrati. In un protocollo di recupero dell’oro su scala di laboratorio, oltre il 94% dell’oro presente nei rifiuti elettronici è stato recuperato a concentrazioni di oro pari a 9,3 ppm. Questo semplice protocollo costituisce un paradigma promettente per il recupero sostenibile dell’oro, caratterizzato da un consumo energetico ridotto, input a basso costo ed evitando l’inquinamento ambientale.

L’oro, un elemento indispensabile nella società umana da tempo immemorabile, è ampiamente utilizzato nella produzione di valuta e gioielli1, nella fabbricazione elettronica2, nella produzione di medicinali3 e nella sintesi chimica4. L'estrazione dell'oro, tuttavia, è notoriamente nota per essere una delle industrie più distruttive per l'ambiente nel mondo di oggi. Ogni anno enormi quantità di cianuro5 e mercurio6 vengono utilizzate per estrarre l’oro dai minerali, provocando enormi flussi di rifiuti contaminati da cianuro letale e metalli pesanti, insieme a quantità colossali di emissioni di carbonio e un consumo eccessivo di energia. Al fine di sviluppare tecnologie sostenibili per la produzione e il recupero dell’oro, sono stati sviluppati molti metodi alternativi7, basati sull’estrazione o sull’adsorbimento selettivo dell’oro da soluzioni di lisciviazione. Questi metodi includono la lisciviazione dei rifiuti elettronici (e-waste) e dei minerali d'oro con un singolo reagente di estrazione organico8,9,10,11,12/inorganico13 o combinazioni specifiche14,15 di reagenti di estrazione e solventi organici, per non parlare dell'adsorbimento di ioni complessi d'oro con strutture metallo-organiche16,17 e polimeri18,19,20. Come approccio alternativo all'estrazione e all'adsorbimento, la coprecipitazione selettiva21,22,23,24 basata sulla coordinazione della seconda sfera25,26 si è rivelata sempre più popolare per le separazioni dei metalli dati i suoi vantaggi significativi, ad esempio semplicità di funzionamento, facilità di industrializzazione, energia minima consumi e zero emissioni pericolose.

La coordinazione della prima sfera27, avanzata nella prima parte del XX secolo dal premio Nobel per la chimica, Alfred Werner, si riferisce alle interazioni di legame coordinativo tra i ligandi della sfera di prima coordinazione e i metalli di transizione. Sotto l'egida della chimica supramolecolare28,29 e ospite-ospite30,31, lo studio della coordinazione della seconda sfera32,33,34, che coinvolge le interazioni non covalenti tra il ligando della prima sfera e una molecola macrociclica come ligando della seconda sfera, ha è salito alle stelle negli ultimi decenni. In questo contesto, molti recettori macrociclici ben realizzati, ad esempio gli eteri corona32, le ciclodestrine35,36, i calixareni37, i cucurbiturili38 e altri39,40 sono emersi come promettenti ligandi di coordinazione della seconda sfera, consentendo la modulazione delle proprietà chimiche e fisiche del metallo di transizione complessi. Questi macrocicli mostrano un riconoscimento altamente specifico per particolari complessi cationici metallici, compresi quelli contenenti Rh+ 41, Ru2+ 42, Gd3+ 43 e Yb3+ 44, oltre a fungere da recettori anionici45,46,47 per complessi metallici caricati negativamente, come [ReO4] − 48, [CdCl4]2− 49, [PtCl6]2− 50, poliossometallati51 e altri52. Il controllo preciso dell'assemblaggio e della trasformazione reciproca di questi addotti coordinati della seconda sfera, tuttavia, rimane impegnativo. Alcuni degli addotti coordinati della seconda sfera mostrano53 una cristallinità unica, una proprietà che apre la strada all’utilizzo della coordinazione della seconda sfera per riciclare i metalli preziosi dai rifiuti elettronici. Utilizzando questo protocollo, abbiamo separato54,55 l'oro dai minerali in cui l'α-ciclodestrina agisce preferenzialmente come coordinatore della seconda sfera per il tetrabromoaurato di potassio idrato. Quando si tratta di recupero pratico dell'oro, questo protocollo, tuttavia, soffre ancora di diverse limitazioni, incluso il fatto che (i) è richiesto un elevato contenuto di oro ([KAuBr4] > 6 mM) nella soluzione di lisciviazione, (ii) ulteriori gli ioni potassio sono obbligatori, (iii) un'elevata concentrazione di acido nella soluzione di lisciviazione impedisce la formazione di coprecipitati, (iv) l'efficienza di recupero dell'oro è inferiore all'80% se eseguito a temperatura ambiente e (v) il costo di α -ciclodestrina è relativamente alto. Pertanto, lo sviluppo di una tecnologia di separazione dell’oro più efficiente ed economica in linea con il recupero pratico dell’oro è significativo e necessario.