
Печатные платы внутри вашего старого телефона могут показаться бесполезными и отправленными на свалку. Но для команды исследователей из Корнелльского университета они — настоящая сокровищница в буквальном смысле. Команда, возглавляемая постдокторантом Амином Заденазари, представила крупный прорыв в области переработки отходов: безхимический метод извлечения большей части золота из электронных отходов или электронных отходов и использование восстановленного драгоценного металла для преобразования углекислого газа (CO2) в ценные органические вещества. материалы.
Их подход предлагает убедительное решение двух экологических проблем: растущей горы выброшенной электроники и острой необходимости снижения выбросов CO2, основного фактора изменения климата.
Золото без токсичных компромиссов
Электронные отходы – быстро растущая проблема. К 2030 году глобальный объем электронных отходов может достичь 80 миллионов метрических тонн в год, из которых в настоящее время перерабатывается только 20%. Традиционные методы переработки золота включают в себя опасные химические вещества, такие как цианид. Однако метод Заденазари устраняет необходимость в этих токсичных агентах. Вместо этого он опирается на ковалентные органические каркасы (COF) — пористые кристаллические материалы, предназначенные для захвата ионов золота с поразительной точностью.
Используя строительные блоки, богатые серой, команда синтезировала COF, способный избирательно улавливать 99,9% золота из выброшенных печатных плат, оставляя после себя другие металлы, такие как никель и медь. Этот богатый серой COF также отличается долговечностью, сохраняя свою эффективность даже после 16 циклов повторного использования.
Когда COF наносятся на электронные отходы (обычно в виде растворенных материалов печатных плат), ионы золота в растворе адсорбируются на поверхности COF. Этот процесс, известный как химическая адсорбция, включает связывание ионов золота с атомами серы на COF.
«Очень важно знать, сколько золота и других драгоценных металлов уходит в эти типы электронных устройств, и иметь возможность восстановить их таким образом, чтобы выборочно получить нужный вам металл — в данном случае золото», — объяснил Алиреза Аббаспуррад. соавтор исследования и советник Заденазари.
Превращаем потери в двойную победу
Инновации не ограничиваются добычей золота. После загрузки золота COF служат катализатором преобразования CO2 в органические химические вещества — процесса, называемого карбоксилированием. При относительно низких температурах и атмосферном давлении CO2 этот метод позволяет получать материалы, которые можно использовать в промышленных и коммерческих целях.
«Преобразуя CO2 в материалы с добавленной стоимостью, мы не только снижаем требования к утилизации отходов, но и обеспечиваем как экологические, так и практические преимущества», — сказал Заденазари. «Это своего рода беспроигрышный вариант для окружающей среды».
Эта двойная выгода — переработка золота и повторное использование CO2 — решает сразу две важнейшие экологические проблемы.
Золотая жила возможностей
Ценность этого нововведения становится понятной, если принять во внимание цифры. Тонна электронных отходов содержит как минимум в 10 раз больше золота, чем тонна добытой руды. Позвольте этому осознаться на мгновение. А поскольку программы переработки электронных отходов во многих штатах США сталкиваются с проблемами, от высоких затрат до химического загрязнения, метод Заденазари, основанный на COF, может обеспечить столь необходимый пересмотр.
Сторонники утверждают, что добыча драгоценных металлов из старой электроники не только более экологична, но и более эффективна, чем традиционная добыча. Однако существующие программы часто терпят неудачу из-за задействованных в них энергоемких процессов, чему может способствовать данное исследование.
Хотя метод использования ковалентных органических каркасов (COF), таких как TTF-COF, очень эффективен для улавливания ионов золота из электронных отходов, у него есть ограничения. Золото, извлеченное из раствора, химически связано с участками, богатыми серой, в COF. Это означает, что золото находится не в свободной металлической форме, а скорее внедрено в виде наночастиц или химически стабилизировано в матрице COF. Извлечение чистого золота требует дополнительной стадии десорбции или восстановления, которая в исследовании не обсуждалась подробно с точки зрения масштабируемости или воздействия на окружающую среду.
В исследовании упоминается, что тиомочевина или подобные реагенты могут десорбировать золото; с помощью таких процессов можно извлечь почти 98% золота. Однако эффективность этого этапа десорбции может варьироваться в реальных условиях, а необходимые реагенты могут создавать свои собственные проблемы с точки зрения окружающей среды и стоимости.
Поскольку электронные отходы накапливаются, а уровень выбросов CO2 растет, подобные решения могут превратить вчерашний мусор в завтрашнее сокровище, преимущества которого выходят далеко за пределы лаборатории.
Результаты были опубликованы в журнале Природные коммуникации .