Gąbka poszukiwaczka, czyli jak odzyskać złoto z odpadów
Według najnowszego raportu Organizacji Narodów Zjednoczonych, gdyby całe 62 mln ton odpadów elektronicznych wytwarzanych na świecie w ciągu roku załadowano do śmieciarek, ustawione zderzak w zderzak opasałyby naszą planetę. W tym monstrualnym korku drogowym kryłyby się niewiarygodne ilości metali szlachetnych, w tym złota – materiału kluczowego dla elektroniki, ponieważ doskonale przewodzi prąd, jest wysoce ciągliwe i praktycznie nie ulega korozji. W nowoczesnych smartfonach wykorzystuje się złoto w aparatach fotograficznych, obwodach drukowanych i złączach USBC. Wagowo telefony komórkowe zawierają więcej tego metalu niż ruda z typowej kopalni złota.
Jednakże odzyskiwanie metali szlachetnych ze zużytej elektroniki nastręcza sporych problemów. Korzystając z energochłonnych pieców do wytapiania, zakłady recyklingowe przetwarzają e-odpady w zatrważająco wysokiej temperaturze. Alternatywnie używa się środków żrących do przekształcania części elektronicznych hurtem na postać płynną bogatą w jony metali. Takie podejście wymaga następnie skomplikowanych procesów elektrochemicznych z użyciem silnie toksycznych związków w celu wyodrębnienia cennych pierwiastków w formie metalicznej. Poszukiwanie przyjaźniejszych dla środowiska metod, które pomijałyby te dodatkowe etapy, doprowadziło materiałoznawców do nietypowych rozwiązań.
Na przykład aerożel otrzymany z białka serwatkowego – produktu ubocznego w produkcji sera – pozwala wychwytywać jony złota z płyt głównych komputerów po ich zanurzeniu w kwasie. Eksperymentalna gąbka, opisana w „Proceedings of the National Academy of Sciences USA”, łącząca tlenek grafenu (cienki arkusz zbudowany z cząsteczek węgla i tlenu) z chitozanem, cukrem zawartym w pancerzykach krewetek, umożliwia separację złota. Ponieważ chitozan samorzutnie przyłącza się do arkusza węgla, gąbka zasadniczo rozbudowuje się sama.
We wstępnych eksperymentach autorzy badania wykorzystali gąbkę do filtrowania wody zawierającej jony złota. Bladożółta ciecz stawała się klarowna, w miarę jak złoto gromadziło się w siatce molekularnej materiału. Tam jony reagowały z chitozanem, który jako naturalny środek redukujący pozwalał przekształcić złoto z powrotem w jego metaliczną formę.
Naukowcy przetestowali tę gąbkę również na częściowo przetworzonych e-odpadach; gdy zwiększyli kwasowość cieczy do pH 3, chitozan gąbki wychwycił wszelkie pozostałe w nich złoto, pomijając inne metale. Jakkolwiek do swego działania gąbka wymaga środowiska kwaśnego, pozwala ona wyeliminować potrzebę dalszego przetwarzania, w którym często wykorzystuje się silnie toksyczne substancje, takie jak cyjanek, w celu ekstrakcji metalicznego złota z cieczy. „Nasza metoda pozwala na wydajne odzyskiwanie złota bezpośrednio z mieszaniny odpadów” – mówią współautorzy studium Daria Andreeva-Baeumler i Konstantin Novoselov, materiałoznawcy z National University of Singapore.
Nowy materiał jest jednym z najsilniejszych adsorberów złota, jakie kiedykolwiek stworzono (adsorpcja jest efektem podobnym do bardziej znanej absorpcji, lecz substancje adsorbowane gromadzą się na powierzchniach, podczas gdy substancje absorbowane przedostają się do wewnątrz. To różnica między musztardą rozsmarowaną na brodzie a hot dogiem, którego właśnie zjedliście). Gąbka zebrała do 99,5% złota wagowo z cieczy o stężeniu złota tak niskim, jak trzy części na milion.
„Według mojej najlepszej wiedzy, jest to rekordowo wysoka efektywność” – mówi fizyk z ETH Zürich Raffaele Mezzenga, autor badania aerożelu białka serwatkowego, który nie był zaangażowany w badania grafenowo-chitozanowe. Zauważa on, że gąbka jest bardzo skuteczna, jednak komponenty potrzebne do jej wytworzenia nie są tanie, zastanawia się więc, czy byłaby to opcja możliwa do zastosowania „w rzeczywistych warunkach produkcji”. Novoselov i Andreeva-Baeumler utrzymują, że dostosowanie tej techniki do zastosowania na skalę przemysłową „będzie stanowiło w istocie następny krok w naszych badaniach”.
Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.