En mere bæredygtig måde at raffinere metaller på

Et team af kemikere i Canada har udviklet en måde at behandle metaller på uden at bruge giftige opløsningsmidler og reagenser.

Systemet, som også forbruger langt mindre energi end konventionelle teknikker, kunne i høj grad mindske miljøbelastningen ved at producere metaller fra råmaterialer eller fra post-consumer elektronik.

"På et tidspunkt, hvor naturlige forekomster af metaller er i tilbagegang, der er stor interesse for at forbedre effektiviteten af ​​metalforædling og genanvendelse, men få disruptive teknologier bliver fremsat, "siger Jean-Philip Lumb, en lektor ved McGill Universitys afdeling for kemi. "Det er det, der gør vores fremskridt så vigtigt."

Opdagelsen stammer fra et samarbejde mellem Lumb og Tomislav Friscic hos McGill i Montreal, og Kim Baines fra Western University i London, På T. I en artikel offentliggjort for nylig i Videnskab fremskridt , forskerne skitserer en tilgang, der bruger organiske molekyler, i stedet for klor og saltsyre, for at hjælpe med at rense germanium, et metal, der bruges meget i elektroniske enheder. Laboratorieforsøg udført af forskerne har vist, at den samme teknik kan bruges med andre metaller, inklusive zink, kobber, mangan og kobolt.

Forskningen kunne markere en vigtig milepæl for bevægelsen "grøn kemi", som søger at erstatte giftige reagenser, der anvendes i konventionel industriel fremstilling, med mere miljøvenlige alternativer. De fleste fremskridt på dette område har involveret organisk kemi - syntesen af ​​kulstofbaserede forbindelser, der anvendes i lægemidler og plastik, for eksempel.

"Anvendelser af grøn kemi halter langt bagefter inden for metaller, " siger Lumb. "Alligevel er metaller lige så vigtige for bæredygtighed som enhver organisk forbindelse. For eksempel, elektroniske enheder kræver adskillige metaller for at fungere."

Tager en side fra biologi

Der er ingen enkelt malm rig på germanium, så det opnås generelt fra minedrift som en mindre komponent i en blanding med mange andre materialer. Gennem en række processer, denne blanding af stof kan reduceres til germanium og zink.

"I øjeblikket, for at isolere germanium fra zink, det er en ret grim proces, " forklarer Baines. Den nye tilgang udviklet af McGill og vestlige kemikere "gør dig i stand til at få germanium fra zink, uden de grimme processer."

For at opnå dette, forskerne tog en side fra biologi. Lumbs laboratorium har i årevis forsket i melanins kemi, molekylet i menneskeligt væv, der giver hud og hår deres farve. Melanin har også evnen til at binde sig til metaller. "Vi stillede spørgsmålet:'Her er dette biomateriale med udsøgt funktion, ville det være muligt at bruge det som en plan for nye, mere effektive teknologier?'"

Forskerne gik sammen om at syntetisere et molekyle, der efterligner nogle af melanins kvaliteter. I særdeleshed, denne "organiske co-faktor" fungerer som en mediator, der hjælper med at udvinde germanium ved stuetemperatur, uden brug af opløsningsmidler.

Næste trin:industriel skala

Systemet udnytter også Friscics ekspertise inden for mekanokemi, en spirende gren af ​​kemi, der er afhængig af mekanisk kraft - snarere end opløsningsmidler og varme - for at fremme kemiske reaktioner. Fræseglas, der indeholder kugler af rustfrit stål, rystes ved høje hastigheder for at hjælpe med at rense metallet.

"Dette viser, hvordan samarbejder naturligt kan føre til bæredygtighedsorienteret innovation, " Friscic siger. "Kombinering af elegant ny kemi med opløsningsmiddelfri mekanokemiske teknikker førte os til en proces, der er renere i kraft af at omgå klor-baseret behandling, men eliminerer også dannelsen af ​​giftigt opløsningsmiddelaffald"

Det næste trin i udviklingen af ​​teknologien vil være at vise, at den kan bruges økonomisk på industrielle skalaer, til en række metaller.

"Der er en enorm mængde arbejde, der skal udføres for at komme fra, hvor vi er nu, til hvor vi skal hen, " siger Lumb. "Men platformen fungerer på mange forskellige slags metaller og metaloxider, og vi tror, ​​at det kunne blive en teknologi, som industrien tager til sig. Vi leder efter interessenter, som vi kan samarbejde med for at flytte denne teknologi fremad. "