《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Research Progress in Indium Ion Adsorption: From Fundamentals to Advanced Materials
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Jie Zhou|Siyan Zou|Hao Chen|Qing Sun|Hui Liu中国湖南省长沙市湖南师范大学化学与化工学院国家及地方新型石化材料与资源精细利用联合工程实验室，邮编410081摘要铟是一种关键的稀有金属，在半导体、液晶显示器以及光伏等高科技产业中发挥着不可或
Jie Zhou|Siyan Zou|Hao Chen|Qing Sun|Hui Liu
中国湖南省长沙市湖南师范大学化学与化工学院国家及地方新型石化材料与资源精细利用联合工程实验室，邮编410081
摘要
铟是一种关键的稀有金属，在半导体、液晶显示器以及光伏等高科技产业中发挥着不可或缺的作用。然而，由于原生铟资源的稀缺性及分布不均，加之它常以低品位形式存在于铅、锌等有色金属矿石中，因此从二次资源中高效回收铟已成为必然选择，这些二次资源包括废液、有色金属冶炼过程中的残留物以及废弃电子产品。吸附法因其操作简单且适用于低浓度体系，在铟的回收方面展现出巨大潜力。本文从界面机制和材料设计的角度，系统总结了近年来在铟离子吸附方面的研究进展。首先阐明了物理吸附（静电相互作用、范德华力以及孔隙限制效应）、阳离子交换和表面络合等基本机制，以此解释固液界面上的吸附行为。随后，对硅胶基材料、纳米材料、生物质及碳基材料、聚合物吸附剂以及电吸附电极材料等代表性吸附剂的结构与性能关系进行了深入分析。最后，探讨了当前面临的诸多挑战，如在强酸性条件下的稳定性差、对共存离子的选择性不足以及低成本大规模制备的困难。文章还提出了未来发展方向，重点强调微结构调控、功能基团协同设计以及人工智能辅助策略，旨在实现从机理理解到高效可持续铟吸附材料的合理开发。
引言
铟是一种在地壳中含量极低的稀有金属[1]。它很少以独立矿床的形式存在，主要以同质替代的方式存在于铅锌及其他有色金属矿石中[2]、[3]。凭借出色的透明度、导电性以及耐腐蚀性，铟被称为“工业之魂”和“电子金属”，并被美国、欧盟和中国列为关键战略资源[4]、[5]。大约90%的铟被用于生产氧化铟锡（ITO）薄膜，这类薄膜广泛应用于液晶显示器、半导体以及光伏电池领域[6]、[7]、[8]。随着信息与能源技术的快速发展，全球对铟的需求持续上升[9]、[10]。然而，原生铟资源日益枯竭且分布不均，因此，从有色金属冶炼过程中产生的废液、残留物及尾矿，以及废弃液晶显示器等二次资源中高效回收铟已变得十分紧迫[11]、[12]。
铟的富集与回收技术主要可分为火法冶金和湿法冶金两大类[13]、[14]。火法冶金利用金属及其化合物在高温下的挥发性、氧化还原电位或氯化特性的差异，从复杂矿石、冶炼副产品（如烟尘和炉渣）或废弃物（如ITO废料）中分离并浓缩铟[15]、[16]。但这类方法通常能耗较高且会产生严重粉尘污染[17]。在处理低含量且多组分的物质时，其金属回收率往往较低，难以满足绿色低碳发展背景下高效清洁利用资源的要求[18]、[19]。相比之下，湿法冶金技术因能耗较低且对复杂材料的适应性强而备受关注[20]。目前该领域的主要方法为溶剂萃取和吸附[21]。溶剂萃取是基于铟离子在水相和有机相之间的不同分配行为，通过选择性络合和相转移来实现目标离子的分离与富集[22]。尽管这种方法能够实现较高的富集效果，但仍存在有机溶剂易挥发或泄漏、易发生乳化现象、操作流程复杂以及可能造成二次环境污染等问题[23]。为克服这些缺陷，人们开发出了浸渍型吸附材料[24]。这类材料通过物理浸渍或化学键合的方式，将液态萃取剂固定在多孔固体载体上，从而实现萃取剂的固化。该方法结合了萃取的高选择性与吸附的操作便捷性，有效避免了溶剂萃取法的缺点，相关铟吸附材料也已得以研制。从更广泛的视角来看，吸附也是另一种重要的湿法冶金技术。它利用具有高比表面积、多孔结构或特定功能基团的固体吸附剂，通过化学络合、离子交换或静电作用，将溶液中的铟离子选择性地捕获在固体表面，从而实现分离与富集[25]。由于其操作简单、能耗低、环保且具备出色的低浓度金属离子浓缩能力，近年来在铟回收领域得到了广泛应用[26]。
因此，本文系统总结了近年来用于铟资源回收的吸附材料方面的研究成果。首先阐述了物理吸附、阳离子交换和表面络合等基本吸附机制，并重点分析了其背后的原理[27]。随后，对用于铟回收的代表性材料进行了详细评述，这些材料包括硅胶基材料、纳米材料、生物质及碳基材料、聚合物吸附剂以及电吸附电极材料。文中从吸附容量、选择性和循环稳定性等方面对比了它们的性能。硅胶基材料具有较高的比表面积且结构可调控，但其吸附容量通常需要通过杂化或交联策略来提升。以金属有机框架、MXenes和碳纳米管为代表的纳米材料，得益于纳米限制效应以及多种功能基团的协同作用，展现出极高的吸附容量，某些情况下甚至可超过400毫克/克。这类材料还对Fe3+等干扰离子具有较好的选择性。生物质及碳基材料因其来源广泛、成本低廉且环境友好而备受青睐，经过磷酸化等功能修饰后，部分材料能够在强酸性环境（pH值低于0.5）下稳定工作。聚合物吸附剂则具有很高的结构设计灵活性，可通过引入分级多孔结构和磁性成分，实现高效吸附并快速完成固液分离。电吸附电极材料则依靠电场驱动机制和赝电容效应，能够实现低能耗的高效回收，还为资源转化提供了可能，例如生成In2O3。尽管先进的吸附材料不断涌现，但强酸性浸出液以及多种离子共存的情况仍给分离过程带来很大挑战。在这种条件下，现有材料在工业化应用方面仍存在一定局限[20]、[28]。未来的研究应致力于提高材料的耐酸性、增强其对竞争离子的选择性、开发低成本且可规模化生产的合成方法，以及设计复合材料体系。此外，通过协同优化材料的结构与功能，结合人工智能技术在材料研发中的应用，有望进一步加速相关进展。这些方向或许能为开发高效可持续的下一代铟回收技术提供重要指引。
章节节选
铟离子吸附机制
在吸附过程中，金属离子首先在浓度梯度的作用下从水相主体迁移到吸附剂表面，随后穿过液膜到达吸附剂的外表面，再通过孔隙网络进行颗粒内部扩散。当离子到达表面或内部的活性位点后，会通过物理或化学作用与吸附位点发生相互作用，从而使目标物质得到富集[29]。在铟的吸附过程中，大多数
总结与展望
本文系统梳理了铟离子吸附与分离材料方面的研究进展。分析表明，这一领域已经从早期基于物理吸附的探索性研究，发展到将材料结构设计与化学功能化相结合的系统化研究阶段。目前，已经形成了涵盖硅胶基材料、纳米材料、生物质及碳基材料、聚合物吸附剂以及电吸附等多种材料的完整材料体系
CRediT作者贡献说明
Jie Zhou：撰写——初稿撰写、实验研究。Hao Chen：撰写——审稿与编辑、资金筹集。Siyan Zou：实验研究。Hui Liu：撰写——审稿与编辑、概念构思。Qing Sun：撰写——审稿与编辑、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本项目得到了湖南省科技计划项目（2025RC3145）、湖南省教育厅科研项目（编号24B0095）、中国国家博士后创新人才支持计划（BX20250041）以及中国博士后科学基金（2025M773594）的支持。
