Kompost til computer:Biobaserede materialer, der bruges til at redde sjældne jordarters grundstoffer

Hvad har majskolber og tomatskræller med elektronik at gøre? De kan begge bruges til at redde værdifulde sjældne jordarters elementer, såsom neodym, fra elektronisk affald. Penn State-forskere brugte mikro- og nanopartikler skabt af de organiske materialer til at fange sjældne jordarters grundstoffer fra vandige opløsninger.

Deres resultater, der er tilgængelige online nu, vil også blive offentliggjort i novemberudgaven af ​​Chemical Engineering Journal .

"Affaldsprodukter som majskolber, træmasse, bomuld og tomatskræller ender ofte på lossepladser eller i kompost," siger den tilsvarende forfatter Amir Sheikhi, assisterende professor i kemiteknik. "Vi ønskede at omdanne disse affaldsprodukter til partikler i mikro- eller nanoskala, der er i stand til at udvinde sjældne jordarters grundstoffer fra elektronisk affald."

Sjældne jordarters metaller bruges til at fremstille stærke magneter, der bruges i motorer til el- og hybridbiler, højttalere, hovedtelefoner, computere, vindmøller, tv-skærme og meget mere. Udvinding af disse metaller viser sig dog ifølge Sheikhi at være udfordrende og miljømæssigt dyrt, da store landområder er nødvendige for at udvinde selv små mængder af metallerne. I stedet er indsatsen vendt mod at genbruge metallerne fra elektronisk affald som gamle computere eller printkort.

Udfordringen ligger i effektivt at adskille metallerne fra affald, sagde Sheikhi.

"Ved at bruge de organiske materialer som en platform skabte vi meget funktionelle mikro- og nanopartikler, der kan binde sig til metaller som neodym og adskille dem fra væsken, der omgiver dem," sagde Sheikhi. "Via elektrostatiske interaktioner binder de negativt ladede materialer i mikro- og nanoskala til positivt ladede neodymioner og adskiller dem."

For at forberede eksperimentet malede Sheikhis team tomatskræl og majskolber og skar træmasse og bomuldspapir i små, tynde stykker og gennemblødte dem i vand. Derefter reagerede de kemisk disse materialer på en kontrolleret måde for at disintegrere dem i tre forskellige fraktioner af funktionelle materialer:mikroprodukter, nanopartikler og solubiliserede biopolymerer. Tilføjelse af mikroprodukter eller nanopartikler til neodymopløsninger udløste separationsprocessen, hvilket resulterede i indfangning af neodymprøver.

I dette seneste papir forbedrede Sheikhi den separationsprocessen, der blev demonstreret i tidligere arbejde, og udtog større prøvestørrelser af neodym fra mindre koncentrerede opløsninger.

Sheikhi planlægger at udvide sin adskillelsesmekanisme til scenarier i den virkelige verden og samarbejde med interesserede industrier for yderligere at teste processen.

"I den nærmeste fremtid ønsker vi at teste vores proces på realistiske industrielle prøver," sagde Sheikhi.

"Vi håber også at tune selektiviteten af ​​materialerne mod andre sjældne jordarters elementer og ædle metaller, som guld og sølv, for også at kunne adskille dem fra affaldsprodukter." + Udforsk yderligere

Bjærgning af sjældne jordarter fra elektronisk affald