| تاریخ ارسال: 1400/10/13 |
جمع آوری عناصر کمیاب خاکی از زباله های الکترونیکی
سازندگان برای ایجاد آهنرباهای قوی مورد استفاده در موتورهای الکترونیکی از جمله خودروهای هیبریدی، ژنراتورهای هواپیما، بلندگوها، هارد دیسک‌ها و هدفون‌های داخل گوش، به عناصر کمیاب خاکی مانند نئودیمیم متکی هستند. اما دسترسی به ذخایر معدنی حاوی نئودیمیم سخت است و تنها در چند نقطه از زمین یافت میشود.با افزایش نیاز به نئودیمیم در چندین صنعت، توجه به بازیافت عناصر موجود در رایانه‌های قدیمی و بردهای مدار چاپی، به عنوان زبالههای الکترونیکی، برای پاسخگویی به تقاضا معطوف شدهاست. اما جداسازی عناصر ارزشمند از سایر مواد معدنی و اجزای موجود در زبالههای الکترونیکی یک چالش است.
امیر شیخی، استادیار مهندسی شیمی و مهندسی زیست پزشکی Penn State، در مقاله‌ی اخیر در مجله Chemical Engineering، نانوفناوری جدیدی را برای جداسازی نئودیمیم با استفاده از سلولز گیاهی که در کاغذ، پنبه و خمیر کاغذ یافت میشود، توضیح می‌دهد. Patrictia Wamea، یکی از اعضای سابق آزمایشگاه شیخی که در ماه می با مدرک کارشناسی ارشد علوم فارغ التحصیل شد، در نویسندگی این مقاله مشارکت داشت و جایزه سالانه بهترین مقاله وزارت مهندسی شیمی Penn State را در پاییز ۲۰۲۱ به خاطر مشارکتهایش دریافت کرد. به گفته شیخی، در این فرآیند، نانوبلورهای سلولز مویی، نانوذراتی که از فیبرهای سلولز به دست می‌آیند، به طور انتخابی به یون‌های نئودیمیم متصل می‌شوند و آنها را از سایر یون‌ها مانند آهن، کلسیم و سدیم جدا میکنند. این نانوذرات به دلیل زنجیره‌های سلولزی متصل به دو سرشان که عملکردهای شیمیایی حیاتی را انجام می‌دهند، به عنوان «مویی» ،hairy، شناخته می‌شوند. برای انجام این کار، پژوهشگران لایه‌های مویی نانوذرات را به منظور جذب و اتصال با یون‌های با بار مثبت نئودیمیم، با بار منفی باردارکردند و در نتیجه ذرات را به قطعات بزرگ‌تری تبدیل کردند که می‌توانند به طور موثر بازیافت شوند و دوباره مورد استفاده قرار گیرند. شیخی گفت: این فرآیند در ظرفیت حذف، گزینشپذیری و سرعت آن موثر است. همچنین می‌تواند با حذف انتخابی عنصر از برخی ناخالصی‌های آزمایش شده، نئودیمیم را در چند ثانیه جدا کند.
به گفته شیخی، فرآیندهای فعلی بازیافت عناصر خاکی کمیاب برای محیط زیست مضر هستند. آنها اغلب از شرایط بسیار اسیدی برای استخراج عناصر در واکنشهای شیمیایی استفاده میکنند. فرآیند شیخی به دلیل استفاده از سلولز به عنوان منبعی تجدیدپذیر و ارزان قیمت، سازگار با محیطزیست است. فرآیند استخراج سنتی خطرناک و پرهزینه است و اثرات زیانبار محیطی ناشی از استخراج روباز دارد. شیخی گفت: استفاده از سلولز به عنوان عامل اصلی، راهحلی پایدار، مقرون به صرفه و پاک است. با استفاده از این فرآیند، ایالات متحده قادر خواهد بود با غولهای دیگر مانند چین برای بازیابی مواد کمیاب خاکی و تولید مستقل آنها رقابت کند. چین بزرگترین صادرکننده نئودیمیم است که بیش از ۷۰ درصد از عرضه جهانی مواد را صادر میکند.
علاوه بر زبالههای الکترونیکی، عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیم را می‌توان از پساب‌های صنعتی، معدن و آهنرباهای دائمی استخراج کرد که دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. شیخی گفت که امیدوار است فرآیند جذب مبتنی بر سلولز در آینده در این منابع نیز اعمال شود. شیخی گفت: این کمک به بازیافت خاکهای کمیاب تأثیر استراتژیک و اقتصادی بر چندین صنعت خواهد داشت. هرچه نئودیمیم بیشتری بازیافت کنیم، بیشتر می‌توانیم وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی و توربین‌های بادی تولید کنیم که منجر به فشار کمتری بر محیطزیست میشود.
منبع:
https://nano-magazine.com/news/۲۰۲۱/۱۱/۲۵/salvaging-rare-earth-elements-from-electronic-waste
گرد آورندگان:دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان-مهندس ریحانه گودرزی