由于鎵具有低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)以及在室溫下呈液態(tài)等獨(dú)特性質(zhì)，它被視為先進(jìn)技術(shù)中的關(guān)鍵戰(zhàn)略金屬。它已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光電子、可再生能源、航空航天和國防領(lǐng)域 [1]、[2]、[3]。半導(dǎo)體行業(yè)的迅速發(fā)展推動了鎵需求的急劇增加，但其供應(yīng)仍受限于其固有的稀缺性。地殼中鎵的豐度極低，僅為 0.0017 wt%，且分布高度分散 [4]，鎵不會形成獨(dú)立的礦物，而是以同質(zhì)替代物、吸附態(tài)或細(xì)顆粒的形式存在于鋁土礦和閃鋅礦等宿主礦物中 [5]、[6]。這些供應(yīng)挑戰(zhàn)因大規(guī)模開采宿主礦物而加劇的環(huán)境問題而更加嚴(yán)重。因此，從二次資源中回收鎵已成為提高供應(yīng)安全和減少環(huán)境影響的可持續(xù)策略 [7]、[8]。廢棄的 LED 由于含有大量的鎵（高達(dá) 100 ppm），成為一種有前景的二次資源，遠(yuǎn)超過典型含鎵礦石的含量 [9]。近年來，由于 LED 具有低能耗、無毒性和長壽命等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用顯著增加 [10]。然而，這種廣泛的應(yīng)用也導(dǎo)致了大量的 LED 垃圾產(chǎn)生。全球每年有近 1000 億個 LED 燈被丟棄，總質(zhì)量超過 200 萬噸，而其中只有不到 5% 的垃圾被回收 [11]、[12]。這種不斷增長的電子垃圾所帶來的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境負(fù)擔(dān)引發(fā)了嚴(yán)重關(guān)切。不當(dāng)處理廢棄 LED 可能會將有毒重金屬釋放到環(huán)境中，通過生物積累進(jìn)入食物鏈，從而對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅 [13]。因此，開發(fā)綠色高效的回收技術(shù)對于推進(jìn)環(huán)境可持續(xù)性和實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要。

濕法冶金一直是從二次資源中回收鎵的主要方法，因其具有高回收效率和產(chǎn)物純度 [14]、[15]、[16]。例如，Zhan 等人 [17] 開發(fā)了一種真空冶金分離方法從廢棄 LED 中回收鎵，而 Chen 等人在高壓條件下（200 °C，15 atm）使用 HCl 實(shí)現(xiàn)了 98% 的鎵浸出率。然而，這些方法通常伴隨著高能耗和/或長的處理時間，這是工藝強(qiáng)化的關(guān)鍵限制。同時，也探索了其他浸出策略。Swain 等人 [18] 報告稱，通過球磨后在 1100 °C 下干燥并隨后用 4 M HCl 浸出，獲得了 73.68% 的鎵回收率。同樣，Maarefvand 等人 [19] 通過在 1100 °C 下進(jìn)行氧化熱處理，然后用 4 M HCl 在 93 °C 下浸出 2 小時，實(shí)現(xiàn)了 91.4% 的鎵回收率。Zheng 等人 [20] 利用強(qiáng)酸氧化浸出從廢棄 LED 中回收鎵，在 75 ℃ 下使用 3 M HCl 和 30% H?O? 組合處理 4 小時，達(dá)到了 97% 的回收效率。此外，Xue 等人 [21] 通過熱液堿浸出過程從紅泥中提取鎵，在優(yōu)化條件下（120 °C，12 小時，20% NaOH）實(shí)現(xiàn)了 91.4% 的浸出效率。盡管取得了這些進(jìn)展，傳統(tǒng)的濕法冶金過程通常需要苛刻的條件，包括高溫、高壓和大量的試劑消耗，同時還會產(chǎn)生有害廢物，從而對廢水處理和潛在污染風(fēng)險構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

DESs 作為一種有前景的綠色替代品出現(xiàn)，因?yàn)樗鼈兙哂械蜕�命周期成本、環(huán)保、可生物降解、無毒性和易于制備等顯著優(yōu)勢 [22]、[23]、[24]。它們的成本效益主要源于其環(huán)境成本，包括可再生性和可重復(fù)使用性、低腐蝕性，這降低了設(shè)備費(fèi)用，以及高選擇性，簡化了下游處理。這些綜合特性使 DESs 特別適合從二次資源中可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)地回收關(guān)鍵金屬 [25]、[26]、[27]。例如，Wang 等人 [28] 使用由 1ChCl:2EG 組成的 DESs 從用過的鋰離子電池（LIBs）中回收有價值金屬，在 180 °C 下處理 24 小時后，獲得了 91.63% 的鋰回收率、95.47% 的錳回收率、92.52% 的鈷回收率和 94.92% 的鎳回收率。Shakiba 等人 [29] 使用由 ChCl:1PTSA 組成的 DESs 從經(jīng)過苛性處理的獨(dú)居石精礦中回收稀土元素（REMs），在 100 °C 下處理 72 小時后，分別獲得了 94%、99.8% 和 99.9% 的鈰、釹和鑭回收率。Pateli 等人 [30] 報告稱，在 80 °C 下使用基于 ChCl 的 DESs 處理 48 小時后，從燈粉廢料中回收了 70% 的釔和歐鐿。Tran 等人 [31] 也使用 ChCl-EG DESs 從用過的 LIBs 中回收鈷，在 220 °C 下處理 24 小時后獲得了 94.1% 的回收率。盡管 DESs 在金屬選擇性方面表現(xiàn)出色，但由于其高粘度，高提取率通常需要較長的處理時間，因?yàn)楦哒扯茸璧K了離子的移動和擴(kuò)散 [32]。這種長時間的處理增加了能源需求，并帶來了可擴(kuò)展性問題，從而限制了 DESs 電冶金技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

微波輔助浸出被廣泛認(rèn)為是一種有效的工藝強(qiáng)化方法，因?yàn)樗�能夠顯著減少處理時間和能耗，同時提高浸出效率 [33]、[34]、[35]。例如，Patil 等人 [36] 證明，與傳統(tǒng)方法相比，微波加熱將 LiCoO? 在有機(jī)酸中的浸出時間從 6 小時大幅縮短至僅 25 分鐘。同樣，Lie 等人 [37] 使用封閉的微波系統(tǒng)，在 217 W 下用 2 M H?SO? 處理 30 分鐘后，實(shí)現(xiàn)了 86.67% 的釔回收率和 100% 的歐鐿回收率。然而，傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)通常需要大型諧振腔來維持諧振效應(yīng)，往往需要千瓦級別的操作才能達(dá)到足夠的功率密度，從而導(dǎo)致高能耗和相對較低的功率密度 [38]。相比之下，聚焦微波照射通過單模系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了精確和定量的能量耦合。單個磁控管產(chǎn)生的波被限制并通過矩形波導(dǎo)引導(dǎo)到一個小腔體中，確保樣品位于微波能量密度最大的點(diǎn) [39]。這種設(shè)計有效克服了多模系統(tǒng)中常見的低能量密度和分布不穩(wěn)定性 [40]，使得功率密度達(dá)到高達(dá) 900 W/L，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的 25-30 W/L 范圍 [41]。因此，聚焦微波技術(shù)在有機(jī)合成 [42] 和活性物質(zhì)提取 [43] 中引起了廣泛關(guān)注，因?yàn)樗�具有快速性、�?zhǔn)確性和安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，配備內(nèi)部或外部溫度控制功能的微波反應(yīng)裝置通過自動間歇功率模型來控制反應(yīng)溫度。該系統(tǒng)通常放置在燒瓶或封閉的四氟化物消化罐中，或使用回流裝置將系統(tǒng)加熱到沸點(diǎn)恒定溫度，從而可以研究沸點(diǎn)以下的非等溫動力學(xué) [44]。

雖然 DESs 在可持續(xù)金屬回收方面顯示出巨大潛力，但由于高粘度導(dǎo)致傳質(zhì)動力學(xué)緩慢，其在從廢棄 LED 中浸出鎵的實(shí)際應(yīng)用仍然受到限制。同時，傳統(tǒng)的微波輔助浸出系統(tǒng)受到低功率密度和高能耗等固有限制的阻礙，最終限制了工藝強(qiáng)化效果和整體效率。為了克服這些雙重限制，本研究開發(fā)了一種創(chuàng)新的 bottom-focused 微波反應(yīng)系統(tǒng)，以有效強(qiáng)化 DESs 浸出過程。其主要創(chuàng)新在于一個特別設(shè)計的反應(yīng)器與原位溫度監(jiān)測相結(jié)合，能夠精確地將微波能量聚焦在固液界面。這導(dǎo)致了局部高溫區(qū)域、增強(qiáng)的顆粒破碎和獨(dú)特的蝕刻效果，這是傳統(tǒng)微波裝置無法實(shí)現(xiàn)的。本研究的主要目標(biāo)是：（1）設(shè)計和驗(yàn)證一種集成的 bottom-focused 微波輔助 DESs 浸出系統(tǒng)；（2）研究關(guān)鍵操作參數(shù)（微波功率、液固比、含水量）對鎵浸出效率的影響；（3）通過非等溫分析和微觀結(jié)構(gòu)表征闡明相關(guān)的浸出動力學(xué)和機(jī)制；（4）與傳統(tǒng)方法相比，展示所提出系統(tǒng)的能量效率、可重復(fù)性和整體可持續(xù)性。通過這種綜合策略，本研究旨在建立一種從廢棄 LED 中回收鎵的綠色高效途徑。研究結(jié)果有望為電子垃圾的可持續(xù)金屬回收提供實(shí)用框架，從而為環(huán)境保護(hù)和推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn)。

傳統(tǒng)的諧振腔微波反應(yīng)系統(tǒng)通常依賴大型腔體進(jìn)行共振，因此需要千瓦級別的輸入功率才能達(dá)到足夠的功率密度，從而導(dǎo)致較高的能耗。為了解決這一限制，設(shè)計并構(gòu)建了一種新型的 bottom-focused 微波反應(yīng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)從 GaN 廢粉中高效浸出鎵。該系統(tǒng)（圖 2）主要由一個低功率的固態(tài)微波電源組成

本研究成功開發(fā)了一種 bottom-focused 微波反應(yīng)系統(tǒng)，用于從 GaN 廢粉中浸出鎵。在優(yōu)化條件下（20 W 功率，1.5 小時浸出時間，8:1 液固比，含水量 7.5%），保持 60-140 °C 的溫度，實(shí)現(xiàn)了 91.25% 的鎵浸出效率。值得注意的是，該方法顯著提升了浸出性能，效率從 47.89% 提高到 91.25%，同時處理時間從 12 小時縮短至 1.5 小時，與傳統(tǒng)方法相比有了顯著改進(jìn)

Xianqiong Xu：研究。Li Deng：研究。Juan Zhang：研究。Zhi Yang：研究。Guocai Tian：研究。Huabin Xiong：研究。Xiaoyan Ma：研究。Youmei Yang：撰寫——原始草案、方法學(xué)、研究、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整理。Xiaofen Li：撰寫——審稿與編輯、驗(yàn)證、監(jiān)督、概念化。Yuntao Gao：撰寫——審稿與編輯、概念化。

作者聲明沒有競爭性財務(wù)利益。

作者聲明以下可能被視為潛在競爭性利益的財務(wù)利益/個人關(guān)系：Youmei Yang 報告稱得到了云南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院的資金支持。如果還有其他作者，他們聲明沒有已知的競爭性財務(wù)利益或個人關(guān)系可能影響本文所述的工作。