與有機配體復合的重金屬是威脅全球水安全的最重要的致癌物之一。長期以來，現有技術一直未能高效且經濟地去除和回收這些金屬。

2024年12月30日，同濟大學王志偉教授在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Strongly coordinating mediator enables single-step resource recovery from heavy metal-organic complexes in wastewater》的研究論文，Wei Shi為論文第一作者，王志偉教授為論文通訊作者。

王志偉，同濟大學環境科學與工程學院教授，國家杰青（2019），教育部首批青年長江學者（2015）。2003年和2007年獲得同濟大學學士和博士學位，2008年留校工作，2013年晉升為博導，2014年晉升為教授，2021年擔任環境科學與工程學院院長。

王志偉教授的研究方向為1. 膜法污水處理/資源化理論與技術；2. 膜生物反應器處理理論與技術；3. 工業園區污水深度處理與資源化。

在這里，作者展示了一種協調基于介體的電還原（CMBER）策略，用于從被重金屬有機復合物污染的廢水中一步回收重金屬。

在CMBER中，與傳統配體相比，偕胺肟具有優異的配位能力，通過偕胺肟化反應將其固定到同時充當過濾裝置的流通電極上。

這種獨特的工藝無需外部能量輸入即可自發地從復合物中捕獲偕胺肟的-N-OH和-NH₂基團上的重金屬離子（偕胺肟介體與 Cu(II) 的ΔG：-6.59?eV），然后直接原位電還原回收金屬。

被捕獲的Cu(II)還原為Cu(0)可再生偕胺肟的活性位點，從而能夠連續捕獲Cu(II)。

CMBER系統在3?V電壓和250?L m^?2 h^?1水通量下運行，Cu(II)回收率達到97.6%，能源效率為 340.1?g kWh^?1。這種能源效率明顯優于現有技術，提高了近五倍。

CMBER為經濟高效的資源回收和水凈化開辟了新維度。

圖1：基于強配位介體的電還原（CMBER）策略用于高效回收重金屬

圖2：偕胺肟介體功能化的電極（APCF）的表征和電化學性能

圖3：CMBER中重金屬-乙二胺四乙酸（EDTA）的捕獲和電化學回收

圖4：CMBER中Cu回收的機制

圖5：CMBER中Cu回收的擬議途徑

圖6：CMBER對Cu(II)回收的適用性分析

綜上，作者介紹了一種名為協調基于介體的電還原（CMBER）的策略，用于從含有重金屬-有機復合物的廢水中單步回收重金屬。該研究的成果表明，CMBER系統在3V電壓和250 L m^?2 h^?1的水通量下，實現了97.6%的Cu(II)回收率，并展示了340.1 g kWh^?1的能量效率，顯著優于現有技術，為經濟高效的資源回收和水凈化開辟了新的途徑。

CMBER技術的應用前景廣闊，尤其是在電子、化工和其他工業領域，這些領域在生產過程中會產生含有重金屬-有機復合物的廢水。該技術可以作為這些行業廢水處理的標準解決方案，幫助它們減少環境污染的同時回收有價值的金屬資源。此外，CMBER技術還可以應用于芯片制造等實際工業廢水的處理，顯示出其在現實世界應用中的潛力。隨著對環保和資源效率的日益關注，CMBER技術有望在全球范圍內得到推廣和應用。

Shi, W., Li, J., Gao, F.et al.?Strongly coordinating mediator enables single-step resource recovery from heavy metal-organic complexes in wastewater.?Nat Commun?15, 10828 (2024).