还记得你上次换手机是什么时候吗？还记得十年间你换过多少部手机吗？下面这些手机你用过几部？

反正图里的这些我都没用过。

过去十年，电子产品增长迅猛，大量的电子垃圾也随之增长。其中就包括我们曾丢弃的手机、电脑、电视等各种电子设备。2013年一年的时间，全世界产生的电子垃圾就将近5000万吨。没错，这些垃圾的制造者正是我们，这里的“我们”包括此时正在看手机的你，隔壁办公室用电脑看你工作报告的老板，用iPad打王者荣耀的孩子，以及正在电视前看新闻联播的老爸，是每一个人。有报告指出，电子垃圾预计将在未来四年增长33%。2030年，仅废旧电脑一项就将产生10亿吨垃圾。联合国Step（Solving the E-waste Problem）报告指出，2014年美国产生了707万吨电子垃圾，中国有603万吨（图1 感兴趣的朋友可以到该网站查阅：http://www.step-initiative.org/）。这些电子垃圾中含有大量的铅、铬、汞等重金属，美国的电子垃圾仅占垃圾总量的2%，但占到了该国有毒废物的80%。

图1 2014年美国与中国电子垃圾产量 图片来源：Step

另一方面，除了重金属，电子垃圾中还包含多种贵金属和稀有金属。贵金属的品位是天然矿藏的几十倍甚至几百倍，回收成本一般也会低于开采自然矿床。遗憾的是，目前这些电子垃圾只有少数被回收利用。

目前，电子垃圾中印刷电路板（PCBs）的回收主要有两种途径。

• 物理方法

先将PCB板粉碎，通过焚烧烧掉PCB板中的聚合物，剩下的金属和氧化物用来进行下一步的回收。这种方法虽然有效，但烧掉的聚合物不能再次回收利用，同时还会向环境中排放二噁英和呋喃等有毒物质。

• 化学方法

先将PCB板破碎，随后利用热解法或者湿法冶金分离和提取材料。这一过程中，大多数回收的材料具有多种组分（由于分解物的大粒径），因此很难提取出能直接使用的纯相。化学处理需要使用强酸强碱，会产生大量的废液，对环境也有较大危害。

我国广东贵屿镇等采取的就是这两种处理方法，给当地的环境以及可持续发展带来了严重的影响。总的来说，既要考虑成本又要兼顾环保的电子垃圾回收，仍然任重道远。

美国莱斯大学（Rice University）和印度科学研究（Indian Institute of Science）的科研人员提出了一种低温研磨工艺，简化了电子垃圾的分离和回收过程。他们首先利用低温冷冻机在154K温度下将PCB板研磨至纳米级，随后把得到的粉末混合在蒸馏水中，即可分离出聚合物，氧化物和金属材料（图2，图3）。由于研磨得到纳米颗粒的多为单相颗粒，因此相对其他方法回收材料的纯度更高。从混合物顶部回收到聚合物纳米颗粒（图3 b）可进一步用于3D打印、部分涂料和复合材料中的增强材料。底部收集的沉淀通过在蒸馏水中稀释进一步分离，顶层为氧化物，底层的金属（图3 e）可用Barbara等人文章中的几种方法进一步纯化。

图2 回收流程 (a)本次试验中使用的鼠标PCB板 (b)破碎PCB板冷冻机示意图 (c), (d)低温研磨2min后样品的数码照片和SEM图。 (e)研磨30min后PCB板粉末收集及组分分离 (f)、(g)粉末在两种不同放大倍率下的SEM图像 （h）研磨30min后PCB板的XRD图 （i）研磨30min后颗粒大小分布图片来源：Materials Today

图3 （a）研磨的粉末与蒸馏水混合 （b）与蒸馏水混合后超声处理5分钟，顶部形成胶体。（c）胶体颗粒的明场TEM图像 （d）通过TEM测量颗粒大小得到胶体粒径分布（e）从水底收集的粉末进一步在水中混合分层 （f）顶部氧化物层的低倍率图像 （g）和（h）氧化铅和氧化硅的两个单独氧化物颗粒的高放大倍率图像（high magnification） （i）,（j）,（l）-（o）从溶液底层收集的各个金属颗粒的亮场TEM图像。（k）借助磁铁分离磁性颗粒。 （p）不同金属和氧化物的平均粒径。 图片来源：Materials Today

利用环氧树脂与上一步分离得到的聚合物胶体混合固化后，与纯环氧树脂固体的机械性能比较发现，由于电子垃圾纳米颗粒的存在而导致聚合物更强（图4 d）。该方法避免了其他处理或化学回收工作。

图4 （a）左：固化后纯环氧树脂 右：固化后环氧树脂与30％纳米PCB粉末混合的复合材料。 （b）（c）低放大倍数和高放大倍率的SEM图像显示回收的PCB板的纳米颗粒均匀分布。 （d）纯环氧树脂和环氧树脂与30％纳米PCB复合材料的应力应变曲线。在（e）纯环氧树脂和（f）具有30％PCB纳米颗粒的环氧树脂的裂纹情况。 图片来源：Materials Today

最后研究人员将此方法与现有的回收方法进行比对（图5）。物理方法消耗能量高，高温条件下金属、氧化物、聚合物间会发生反应，导致金属和氧化物的回收利率用不高，同时焚烧后的聚合物不能被再次利用。新的方法与物理方法相比，消耗的能量低，回收率高，但耗时较长。生物冶金法能回收PCB板中的三个组分，耗能低，但相比文中的方法用时过长。

图5 （a）物理方法，化学方法、生物冶金方法以及本文方法对三组分（金属，氧化物和聚合物）回收率比较（b）这些方法在耗能、耗时、所有材料的回收率以及过程中产生的总废物方面的比较。 图片来源：Materials Today

本文第一作者及通讯作者C. S. Tiwary说：“材料在加热时，非常容易发生反应结合在一起。这就是高温处理的弊端。但在低温条件下，它们则不容易混合，材料的基本性能 - 弹性模量，导热系数和热膨胀系数都有所变化，它们使得所有物质都能分离得很好。研磨的材料可以重复使用，不会浪费。”

参考文献：

C.S. Tiwary et al, Electronic waste recycling via cryo-milling and nanoparticle beneficiation, Materials Today (2017). DOI: 10.1016/j.mattod.2017.01.015