Dopo aver immerso i materiali in acqua (come mostrato nella colonna centrale), i ricercatori della Penn State hanno fatto reagire chimicamente polpa di legno triturata, carta di cotone e pannocchia di mais macinata e bucce di pomodoro per convertirli in microprodotti, nanoparticelle e biopolimeri solubilizzati (terza colonna). L'aggiunta di questi microprodotti o nanoparticelle a soluzioni contenenti l'elemento delle terre rare neodimio ha innescato il processo di separazione, consentendo la cattura del neodimio. Credito:gruppo di ricerca Sheikhi
Cosa hanno a che fare le pannocchie e le bucce di pomodoro con l'elettronica? Entrambi possono essere utilizzati per recuperare preziosi elementi di terre rare, come il neodimio, dai rifiuti elettronici. I ricercatori della Penn State hanno utilizzato micro e nanoparticelle create dai materiali organici per catturare elementi di terre rare da soluzioni acquose.
Le loro scoperte, ora disponibili online, saranno pubblicate anche nel numero di novembre del Chemical Engineering Journal .
"I prodotti di scarto come pannocchie di mais, polpa di legno, cotone e bucce di pomodoro finiscono spesso nelle discariche o nel compost", ha affermato l'autore corrispondente Amir Sheikhi, assistente professore di ingegneria chimica. "Volevamo trasformare questi prodotti di scarto in particelle su micro o nanoscala in grado di estrarre elementi di terre rare dai rifiuti elettronici".
I metalli delle terre rare vengono utilizzati per produrre potenti magneti utilizzati nei motori di auto elettriche e ibride, altoparlanti, cuffie, computer, turbine eoliche, schermi TV e altro ancora. Tuttavia, l'estrazione di questi metalli si rivela impegnativa e dispendiosa dal punto di vista ambientale, secondo Sheikhi, poiché sono necessarie grandi aree di terra per estrarre anche piccole quantità di metalli. Invece, gli sforzi si sono rivolti al riciclaggio dei metalli dai rifiuti elettronici come vecchi computer o circuiti stampati.
La sfida sta nel separare in modo efficiente i metalli dai rifiuti, ha affermato Sheikhi.
"Usando i materiali organici come piattaforma, abbiamo creato micro e nanoparticelle altamente funzionali che possono attaccarsi a metalli come il neodimio e separarli dal fluido che li circonda", ha detto Sheikhi. "Tramite interazioni elettrostatiche, i materiali a micro e nanoscala a carica negativa si legano a ioni di neodimio a carica positiva, separandoli."
Per preparare l'esperimento, il team di Sheikhi ha macinato la buccia di pomodoro e la pannocchia di mais, ha tagliato la polpa di legno e la carta di cotone in piccoli pezzi sottili e li ha messi a bagno in acqua. Quindi, hanno fatto reagire chimicamente questi materiali in modo controllato per disintegrarli in tre distinte frazioni di materiali funzionali:microprodotti, nanoparticelle e biopolimeri solubilizzati. L'aggiunta di microprodotti o nanoparticelle alle soluzioni di neodimio ha innescato il processo di separazione, con conseguente cattura di campioni di neodimio.
In questo articolo più recente, Sheikhi ha migliorato il processo di separazione dimostrato nel lavoro precedente ed ha estratto campioni di neodimio di dimensioni maggiori da soluzioni meno concentrate.
Sheikhi prevede di estendere il suo meccanismo di separazione in scenari del mondo reale e collaborare con le industrie interessate per testare ulteriormente il processo.
"Nel prossimo futuro, vogliamo testare il nostro processo su campioni industriali realistici", ha affermato Sheikhi.
"Speriamo anche di sintonizzare la selettività dei materiali verso altri elementi di terre rare e metalli preziosi, come oro e argento, per poterli separare anche dai prodotti di scarto". + Esplora ulteriormente
