חוקרים ב-KIST פיתחו סופח מבוסס סיבים המסוגל לשחזר זהב מפסולת אלקטרונית ביעילות של מעל 99.9%. קרדיט: twoday.co.il.com
סופח סיבי משחזר באופן סלקטיבי זהב בטוהר גבוה מפסולת. מפחית באופן דרמטי את העלות והזמן של תהליך השחזור ומאפשר לייצר חומר המוני ולמחזר אותו שוב ושוב.
קוריאה מסתמכת על יבוא עבור רוב משאבי המתכת שלה, ובשנים האחרונות, עקב דלדול המשאבים ועליית מחירי חומרי הגלם, צצו 'משאבים מעגליים' שממחזרים משאבי מתכת פסולת.
בתגובה, SK hynix הקימה תוכנית לטווח בינוני עד ארוך להגדלת אחוז הנחושת, הזהב וכו' המוחזרים ומשתמשים בהם מחדש מפסולת שנוצרה בתהליך ייצור המוליכים למחצה ליותר מ-30% עד 2030, וסמסונג אלקטרוניקה פועלת תוכנית איסוף עבור טלפונים ניידים משומשים בשיתוף עם E-circulation Governance, תאגיד ללא מטרות רווח. שוק הכלכלה המעגלית העולמית צפוי להכפיל את גודלו מכ-338 מיליארד דולר ב-2022 לכ-712 מיליארד דולר ב-2026.
איור 1. הכנה ומאפיינים פיזיקו-כימיים של סיבי הפולי-אקרילוניטריל הנגועים (PANFs). איורים מייצגים של PANF (א) לפני ואחרי תגובת צימוד של מולקולות אלקילמין שונות. צבעים שונים של PANF וסיבים פולימריים עמוסי אמינים (ALPF) מייצגים קבוצות פונקציונליות שונות של ניטריל ואלקילאמינים. (ב) ספקטרום FT-IR של PANF לפני ואחרי תגובת צימוד של אלקילאמינים שונים באמצעות דיאתילן-טריאמין (DETA), טריאתילן-טרמין (TETA), טטרה-אתילן-פנטמין (TEPA) ופולי-אתילן-אימין מסועף (bPEI). (ג) דפוסי XRD של ה-PANF ו-PANFs אמינים. (ד) עקומות מתח-מתח של ה-PANF ו-PANFs אמינות. (ה) קיבולת ספיחה מקסימלית (ק"מ) של ה-PANFs האמינים עבור יוני Au(III). הריכוז הראשוני (Ci) וערך ה-pH של תמיסה Au היו 1000 מ"ג/ליטר ו-1, בהתאמה. קרדיט: מכון קוריאה למדע וטכנולוגיה
פריצת דרך בטכנולוגיית שחזור מתכות
בהקשר זה, צוות בראשות ד"ר Jae-Woo Choi מהמרכז לחקר מחזור משאבי המים במכון קוריאה למדע וטכנולוגיה (KIST) הודיע כי פיתחו טכנולוגיה שיכולה לשחזר זהב בטוהר גבוה באופן סלקטיבי מחשמל ו פסולת אלקטרונית המכילה מתכות שונות באמצעות חומרי טקסטיל.
סופחים לשחזור מתכות הם בדרך כלל בצורת גרגירים כדי להגביר את יעילות הספיחה בהתבסס על שטח פנים ספציפי גבוה, אך קשה לשלוט עליהם מתחת למים, וכתוצאה מכך שיעורי התאוששות נמוכים ואפילו זיהום סביבתי משני. מצד שני, חומרים דמויי סיבים קלים לשליטה מתחת למים וניתן ליצור אותם בצורות שונות בתהליך האריגה, כך שיש להם פוטנציאל גבוה ליישום תעשייתי. עם זאת, בשל העובי הדק והחוזק הנמוך שלהם, הם נשברים בקלות כאשר החלמת זהב מוחל על התמיכה.
איור 2. ביצועי התאוששות Au של ה-ALPF. (א) השפעת ה-pH בתמיסת Au על ביצועי התאוששות Au של ה-ALPF. מינון Ci, t וסופח היו 100 מ"ג/ליטר, 24 שעות ו-0.5 גרם/ליטר, בהתאמה. תמונות FESEM של פני השטח ALPF לאחר התאוששות Au ב-pH של (b) 3, (c) 6, (d) 9, ו- (e) 12, המציגות את חלקיקי Au(0) על פני השטח ALPF. סרגל קנה המידה הוא 1 מיקרומטר. (ו) דפוסי XRD של ה-ALPF לאחר התאוששות Au בטווח ה-pH של 2-12. (gl) תמונות FESEM של ה-ALPF לאחר התאוששות Au ב-Ci של (g) 0.1, (h) 1, (i) 10, (j) 100, (k) 500 ו-(l) 1000 מ"ג/ליטר למשך 24 שעות תוך ערבוב ב-200 סל"ד. ה-pH הותאם ל-1. סרגל קנה המידה הוא 20 מיקרומטר. (mq) מיפוי FESEM-EDS של התפלגות היסודות הכימיים עבור ה-ALPF לאחר התאוששות Au ב-Ci של 1000 מ"ג/ליטר: (מ') חפיפה, (n) פחמן, (o) חנקן, (p) חמצן ו-(q) זהב. סרגל קנה המידה הוא 20 מיקרומטר. (r) יעילות התאוששות של ה-ALPF להתאוששות Au בטווח Ci נמוך של 0.1-100 מ"ג/ליטר. (s) תוצאת בדיקת איזותרמית ספיחה של סופח ALPF. הנתונים שהתקבלו בניסוי הותאמו על ידי שלוש משוואות איזותרמיות מייצגות של מודלים של Langmuir, Freundlich ו- Sips. (ט) השוואה של qm וערך pH אופטימלי עבור סופח ALPF עם אלו של חומרי הספיחה המדווחים הטובים ביותר בספרות, מסווגים לפי גודל הסופח (ננו, מיקרו ומיליסקאלה) או צורה (חלקיקים וסיבים). קרדיט: מכון קוריאה למדע וטכנולוגיה
טכניקות משופרות לשחזור זהב
KIST חוקרים קיבעו כימית מולקולות אלקליות על פני השטח של סיבי פוליאקרילוניטריל (PANF) כדי לשפר הן את ביצועי שחזור הזהב המולקולרי והן את היציבות המבנית. לסיב הפולימרי המכיל אמין יש שטח פנים גדול יותר באופן דרמטי, מה שיכול לשפר את ביצועי הספיגה של יוני זהב (Au) בפסולת עד פי 2.5 (מ-576 מ"ג/ג ל-1,462 מ"ג/ג) בהשוואה לאלו שפותחו בעבר של הצוות. חומר ספיחת זהב גרגירי.
הסופח הסיבי שפותח לא רק הראה יעילות שחזור זהב של יותר מ-99.9% בתמיסות שהושגו על ידי שטיפת מעבדים אמיתיים, אלא גם השיג יעילות שחזור זהב קרוב ל-100% בטווח רחב של pH 1-4, הכולל את רוב נוזלי הפסולת . ראוי לציין במיוחד שניתן לשחזר רק יוני זהב בטוהר גבוה של למעלה מ-99.9%, אפילו בנוכחות של 14 יוני מתכת אחרים המתקיימים במקביל בתמיסה. יתר על כן, שיעור שחזור הזהב נשמר על 91% גם לאחר 10 שימושים, מה שמוכיח יכולת שימוש חוזרת מעולה.
איור 3. ישימות של סופח ALPF לתהליכי התאוששות Au. (א) סלקטיביות ספיחה של ה-ALPF עבור Au(III) בנוכחות יוני מתכת קיימים, כולל Cu(II), Pb(II), Cd(II), Mn(II), Ni(II), Co(II) , Fe(II), Al(III), Cr(III), Zn(II), Na(I), K(I), Mg(II) ו-Ca(II). Ci של Au(III) נקבע ל-10 מ"ג/ליטר, ואלו של יוני מתכת אחרים נקבעו ל-10, 100 ו-1000 מ"ג/ליטר. ה-pH של הפתרון הותאם ל-1. (ב) טוהר ה-Au(0) המשוחזר על ידי ה-ALPF. Inset מציג תמונת מיקרוסקופ אופטית של Au(0) המשוחזר. (ג) בדיקת ספיחה/ספיחה חוזרת ונשנית של Au(III) באמצעות סופח ALPF. Ci של Au(III) הוגדר ל-10 מ"ג/ליטר. תהליך הספיחה נערך במשך 24 שעות. ה-pH של התמיסה הותאם ל-1. תהליך הספיחה נערך במשך 24 שעות תוך שימוש ב-0.5 תמיסת תיאוריאה חומצית ב-1.0 M HCl. (ד) ספקטרום HRXPS מפותל של ALPF עבור N 1s, המציג את השינוי הכימי עבור קבוצות אמינים של סופח ALPF במהלך מחזורי ספיחה-ספיחה חוזרים ונשנים. (ה) צילום של לבדים המורכבים מ-PANF (עליון) ו-ALPF (תחתון), המצביע על כך שניתן להפוך את הסופח הסיבי לצורה רצויה. סרגל קנה המידה הוא 2 ס"מ. (ו) השפעת צורות הסופחים על ירידת הלחץ בעמודה מלאה בסופחים. כל נפילת לחץ בעמודה המלאה בחומרי הספיחה נמדדה לפי קצב הזרימה הנפחית. קרדיט: מכון קוריאה למדע וטכנולוגיה
מסקנה וצפי עתיד
"על ידי הפעלת משאבי מתכת יעילה וידידותית לסביבה, הסופח מסוג סיבים שפותח על ידי KIST יכול להפחית את התלות של קוריאה בייבוא משאבים ולהתכונן לסיכון של עליית מחירי חומרי הגלם", אמר ד"ר ג'ה-וו צ'וי. "אנו מתכננים להרחיב את היקף המחקר העתידי כדי לשחזר באופן סלקטיבי מתכות יעד שונות בנוסף לזהב", אמר ד"ר יאנגקיון יונג."
