Na de materialen in water te hebben geweekt (zoals weergegeven in de middelste kolom), reageerden onderzoekers van Penn State chemisch gesnipperd houtpulp, katoenpapier en gemalen maïskolf en tomatenschillen om ze om te zetten in microproducten, nanodeeltjes en opgeloste biopolymeren (derde kolom). Door deze microproducten of nanodeeltjes toe te voegen aan oplossingen die het zeldzame-aarde-element neodymium bevatten, werd het scheidingsproces in gang gezet, waardoor het neodymium kon worden opgevangen. Krediet: Sheikhi Research Group
Wat hebben maïskolven en tomatenschillen met elektronica te maken? Ze kunnen allebei worden gebruikt om waardevolle zeldzame aardelementen, zoals neodymium, uit elektronisch afval te redden. Onderzoekers van Penn State gebruikten micro- en nanodeeltjes gemaakt van de organische materialen om zeldzame aardelementen uit waterige oplossingen te vangen.
Hun bevindingen, die nu online beschikbaar zijn, zullen ook worden gepubliceerd in het novembernummer van de Tijdschrift voor chemische technologie.
“Afvalproducten zoals maïskolven, houtpulp, katoen en tomatenschillen belanden vaak op stortplaatsen of in compost”, zegt corresponderend auteur Amir Sheikhi, assistent-professor chemische technologie. “We wilden deze afvalproducten omzetten in deeltjes op micro- of nanoschaal die zeldzame aardelementen uit elektronisch afval kunnen halen.”
Zeldzame aardmetalen worden gebruikt om sterke magneten te maken die worden gebruikt in motoren voor elektrische en hybride auto’s, luidsprekers, koptelefoons, computers, windturbines, tv-schermen en meer. Het delven van deze metalen blijkt volgens Sheikhi echter een uitdaging en kostbaar voor het milieu, aangezien grote landgebieden nodig zijn om zelfs kleine hoeveelheden van de metalen te delven. In plaats daarvan zijn de inspanningen gericht op het recyclen van de metalen uit elektronische afvalproducten zoals oude computers of printplaten.
De uitdaging ligt in het efficiënt scheiden van de metalen van afval, zei Sheikhi.
“Door de organische materialen als platform te gebruiken, creëerden we zeer functionele micro- en nanodeeltjes die zich kunnen hechten aan metalen zoals neodymium en ze kunnen scheiden van de vloeistof die hen omringt,” zei Sheikhi. “Via elektrostatische interacties binden de negatief geladen materialen op micro- en nanoschaal zich aan positief geladen neodymium-ionen en scheiden ze.”
Om het experiment voor te bereiden, vermaalde Sheikhi’s team tomatenschillen en maïskolven en sneed houtpulp en katoenpapier in kleine, dunne stukjes en weekte ze in water. Vervolgens lieten ze deze materialen op een gecontroleerde manier chemisch reageren om ze te desintegreren in drie verschillende fracties van functionele materialen: microproducten, nanodeeltjes en opgeloste biopolymeren. Het toevoegen van de microproducten of nanodeeltjes aan neodymiumoplossingen bracht het scheidingsproces in gang, wat resulteerde in het vangen van neodymiummonsters.
In dit meest recente artikel verbeterde Sheikhi het scheidingsproces dat in eerder werk was gedemonstreerd en haalde hij grotere monstergroottes van neodymium uit minder geconcentreerde oplossingen.
Sheikhi is van plan zijn scheidingsmechanisme uit te breiden naar realistische scenario’s en samen te werken met geïnteresseerde industrieën om het proces verder te testen.
“In de nabije toekomst willen we ons proces testen op realistische industriële monsters”, zei Sheikhi.
“We hopen ook de selectiviteit van de materialen af te stemmen op andere zeldzame aardelementen en edele metalen, zoals goud en zilver, om die ook van afvalproducten te kunnen scheiden.”
Mica L. Pitcher et al, Zeer functionele biogebaseerde micro- en nanogestructureerde materialen voor neodymiumherstel, Tijdschrift voor chemische technologie (2022). DOI: 10.1016/j.cej.2022.137418
Geleverd door Pennsylvania State University
