ซังข้าวโพดและเปลือกมะเขือเทศเกี่ยวอะไรกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์? ทั้งคู่สามารถใช้เพื่อกอบกู้ธาตุหายากที่มีค่า เช่น นีโอไดเมียม จากขยะอิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยของ Penn State ใช้อนุภาคขนาดเล็กและนาโนที่สร้างขึ้นจากวัสดุอินทรีย์เพื่อจับธาตุหายากจากสารละลายที่เป็นน้ำ
ผลการวิจัยของพวกเขาซึ่งเผยแพร่ทางออนไลน์ในขณะนี้จะได้รับการตีพิมพ์ใน วารสาร Chemical Engineering Journal ฉบับเดือนพฤศจิกายน
“ของเสีย เช่น ซังข้าวโพด เยื่อไม้ เปลือกฝ้าย และมะเขือเทศ มักจะจบลงในหลุมฝังกลบหรือในปุ๋ยหมัก” Amir Sheikhi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีกล่าว “เราต้องการเปลี่ยนของเสียเหล่านี้เป็นอนุภาคขนาดเล็กหรือระดับนาโนที่สามารถแยกธาตุหายากออกจากขยะอิเล็กทรอนิกส์ได้”
โลหะหายากใช้ในการผลิตแม่เหล็กแรงสูงที่ใช้ในมอเตอร์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและรถยนต์ไฮบริด ลำโพง หูฟัง คอมพิวเตอร์ กังหันลม หน้าจอทีวี และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม การขุดโลหะเหล่านี้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทายและต้นทุนต่อสิ่งแวดล้อม ตามรายงานของ Sheihi เนื่องจากต้องใช้พื้นที่ขนาดใหญ่ในการขุดโลหะจำนวนเล็กน้อย ในทางกลับกัน ความพยายามได้หันไปใช้การรีไซเคิลโลหะจากขยะอิเล็กทรอนิกส์ เช่น คอมพิวเตอร์หรือแผงวงจรเก่า
ความท้าทายอยู่ที่การแยกโลหะออกจากขยะอย่างมีประสิทธิภาพ Sheiki กล่าว
“การใช้วัสดุอินทรีย์เป็นแพลตฟอร์ม เราได้สร้างอนุภาคขนาดเล็กและนาโนที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถยึดติดกับโลหะ เช่น นีโอไดเมียม และแยกพวกมันออกจากของเหลวที่ล้อมรอบ” ชีคฮีกล่าว “ด้วยปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต วัสดุระดับไมโครและนาโนที่มีประจุลบจะจับกับไอออนนีโอไดเมียมที่มีประจุบวกและแยกออกจากกัน”
เพื่อเตรียมการทดลอง ทีมงานของชีคกีบดเปลือกมะเขือเทศและซังข้าวโพด แล้วตัดเยื่อไม้และกระดาษฝ้ายเป็นชิ้นเล็กๆ บางๆ แล้วแช่ในน้ำ จากนั้นพวกเขาก็ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับวัสดุเหล่านี้ในรูปแบบที่มีการควบคุมเพื่อสลายตัวเป็นเศษส่วนที่แตกต่างกันสามส่วนของวัสดุที่ใช้งานได้ ได้แก่ ไมโครโปรดักส์ อนุภาคนาโน และพอลิเมอร์ชีวภาพที่ละลายน้ำได้ การเพิ่มไมโครโปรดักส์หรืออนุภาคนาโนลงในสารละลายนีโอไดเมียมจะกระตุ้นกระบวนการแยก ส่งผลให้สามารถดักจับตัวอย่างนีโอไดเมียมได้
ในเอกสารฉบับล่าสุดนี้ ชีคได้ปรับปรุงกระบวนการแยกที่แสดงใน งานก่อนหน้านี้ และดึงตัวอย่างนีโอไดเมียมขนาดใหญ่ขึ้นจากสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า
Sheikhi วางแผนที่จะขยายกลไกการแยกของเขาไปสู่สถานการณ์จริงและร่วมมือกับอุตสาหกรรมที่สนใจเพื่อทดสอบกระบวนการต่อไป
“ในอนาคตอันใกล้นี้ เราต้องการทดสอบกระบวนการของเรากับตัวอย่างอุตสาหกรรมที่เหมือนจริง” ชีคกีกล่าว
“เรายังหวังที่จะปรับการคัดเลือกวัสดุให้เข้ากับธาตุหายากอื่นๆ และโลหะมีค่า เช่น ทองและเงิน เพื่อให้สามารถแยกวัสดุเหล่านั้นออกจากของเสียได้เช่นกัน”
นอกจาก Sheiki, Mica Pitcher, นักศึกษาปริญญาเอกด้านเคมีของ Penn State และเป็นผู้เขียนคนแรกในหนังสือพิมพ์ Breanna Huntington นักศึกษาระดับปริญญาตรีของ Penn State ในสาขาวิศวกรรมเกษตรและชีวภาพ; และ Juliana Dominick นักศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาวิศวกรรมชีวการแพทย์ของ Penn State มีส่วนร่วมในบทความนี้
Penn State สนับสนุนงานนี้
