Ένα νέο μόριο εκχύλισης χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για την ανάκτηση μετάλλων, μειώνοντας παράλληλα σημαντικά την ανάγκη για χημικά αντιδραστήρια.
H ανάκτηση των μετάλλων
Η ανάκτηση πολύτιμων μετάλλων από απορριπτόμενα ηλεκτρονικά είδη, ροές εξόρυξης και βιομηχανικά απόβλητα εξαρτάται συνήθως από μεγάλες ποσότητες χημικών αντιδραστηρίων. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις, Urbana-Champaign, ανέπτυξαν ένα μόριο που θα μπορούσε να επιτρέψει στην ηλεκτρική ενέργεια να αντικαταστήσει μεγάλο μέρος αυτής της χημείας, καθιστώντας ενδεχομένως την ανάκτηση μετάλλων καθαρότερη, απλούστερη και πιο ενεργειακά αποδοτική.
Τα ευρήματα, με επικεφαλής τον καθηγητή χημικής και βιομοριακής μηχανικής Xiao Su, δημοσιεύθηκαν στο ACS Energy Letters.
Η εργασία βασίζεται σε μια πρόοδο του 2024 από την ερευνητική ομάδα του Su, η οποία εισήγαγε μια συνεχή ηλεκτροχημικά μεσολαβούμενη διαδικασία εκχύλισης υγρού-υγρού, ή e-LLE, για την ανάκτηση χρυσού από ηλεκτρονικά απόβλητα. Αυτό το σύστημα έδειξε ότι η ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε να αντικαταστήσει πολλά από τα οξέα και τις βάσεις που απαιτούνται κανονικά για την εκχύλιση υγρού-υγρού, μια κοινή τεχνική που χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό μετάλλων. Αλλά χρειάζονταν ακόμη πρόσθετα χημικά αντιδραστήρια για την ολοκλήρωση του κύκλου εκχύλισης.
Ένα μόριο αφαιρεί το υπόλοιπο χημικό βήμα
Η νέα προσέγγιση εξαλείφει αυτή την υπόλοιπη απαίτηση αλλάζοντας το ίδιο το μόριο εκχύλισης. Οι ερευνητές σχεδίασαν ένα πολυλειτουργικό μόριο που μπορεί να δεσμεύει επιλεκτικά μεταλλικά ιόντα, να φέρει ένα μόνιμο ηλεκτρικό φορτίο και να παραμένει διαλυμένο στην οργανική φάση που χρησιμοποιείται για την εκχύλιση. Επειδή το μόριο φέρει ήδη φορτίο, ο ηλεκτρισμός μπορεί να το ελέγχει άμεσα χωρίς τα ενδιάμεσα χημικά αντιδραστήρια που απαιτούνταν προηγουμένως.
«Το νέο μόριο έχει ένα μόνιμο ενσωματωμένο φορτίο που λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης, επιτρέποντας στο υγρό να άγει ηλεκτρικό ρεύμα», εξήγησε η μεταδιδακτορική ερευνήτρια Deborah Schmitt, συν-συγγραφέας της εργασίας. «Αυτό επιτρέπει στις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής να καθοδηγούνται από ηλεκτρισμό αντί για χημικά. Αυτή η εργασία ηλεκτρίζει πλήρως μια διαδικασία διαχωρισμού για την οποία η βιομηχανία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χημικά αντιδραστήρια.»
«Αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέραμε να εκτελέσουμε ηλεκτροχημική εκχύλιση με διαλύτη όπως την ονειρευόμασταν», είπε η Su. «Φορτίζουμε το μόριο, αυτό δεσμεύει το μέταλλο, το μετακινεί στην οργανική φάση και στη συνέχεια το απελευθερώνει ξανά ο ηλεκτρισμός».
Ο ηλεκτρισμός μειώνει δραστικά τη χρήση χημικών
Η ηλεκτροποίηση της διαδικασίας μειώνει άμεσα την κατανάλωση χημικών κατά μία έως δύο τάξεις μεγέθους, ενώ παράλληλα απλοποιεί τον κύκλο εκχύλισης. Αντικαθιστώντας τα ενδιάμεσα αντιδραστήρια με ηλεκτρισμό, το σύστημα θα μπορούσε ενδεχομένως να μειώσει τόσο τα χημικά απόβλητα όσο και την κατανάλωση ενέργειας.
Σε εργαστηριακές δοκιμές, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το μόριο για να ανακτήσουν επιλεκτικά χρυσό από τα εκπλύματα ηλεκτρονικών αποβλήτων - διαλύματα που δημιουργούνται με τη διάλυση πολύτιμων μετάλλων από απορριπτόμενα ηλεκτρονικά. Ο χρυσός χρησίμευσε ως αρχική επίδειξη, αλλά ο ευρύτερος στόχος ήταν να καθιερωθούν αρχές μοριακού σχεδιασμού που θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν τη δημιουργία ηλεκτρικά ενεργών εκχυλιστών για άλλες προκλήσεις διαχωρισμού.
Η πλατφόρμα θα μπορούσε να στοχεύσει άλλα μέταλλα
«Αυτό το σύστημα μπορεί να προσαρμοστεί για να ανακτά επιλεκτικά πολλά διαφορετικά πολύτιμα μέταλλα, όπως μέταλλα της ομάδας πλατίνας από χρησιμοποιημένους καταλύτες αυτοκινήτων και ενδεχομένως μια σειρά από άλλα κρίσιμα στοιχεία από τα απόβλητα ορυχείων ή άλλες σύνθετες πρώτες ύλες», δήλωσε η μεταπτυχιακή φοιτήτρια και συν-συγγραφέας Aderiyike Aguda. «Δεδομένου ότι η ηλεκτροχημική πλατφόρμα παραμένει σε μεγάλο βαθμό η ίδια, η χημεία του εκχυλιστικού μπορεί να προσαρμοστεί για να στοχεύει διαφορετικά μέταλλα ανάλογα με την εφαρμογή».
«Βασικά, αυτή η εργασία ξεκλείδωσε τα βασικά στοιχεία πίσω από αυτήν - πώς να το σκεφτούμε», δήλωσε ο Su.
Η έρευνα παρέχει ένα πλαίσιο για ηλεκτρικά κινούμενη εκχύλιση υγρού-υγρού, με μελλοντική εργασία να επικεντρώνεται στην κλιμάκωση της προσέγγισης για βιομηχανικές εφαρμογές. Οι ερευνητές αναπτύσσουν επίσης πρόσθετα μοριακά σχέδια και αναζητούν συνεργασίες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν υπολογιστική μοντελοποίηση και τεχνητή νοημοσύνη για να επιταχύνουν την αναζήτηση νέων εκχυλιστικών.
www.worldenergynews.gr
