Золото з електронного сміття навчилися видобувати за допомогою електрики з мінімумом хімічних реагентів
Переробка старих смартфонів, комп’ютерів та іншої електроніки може стати значно чистішою. Дослідники з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн розробили молекулу, яка дає змогу керувати вилученням цінних металів електрикою й суттєво зменшити кількість допоміжних хімічних реагентів. У лабораторному експерименті технологію випробували на розчинах, отриманих під час переробки електронних відходів, і продемонстрували селективне вилучення золота.
Ключ до підходу — спеціально сконструйована молекула, що поєднує одразу кілька властивостей. Вона здатна вибірково зв’язувати іони металу, має постійний електричний заряд і водночас залишається розчинною в органічній фазі, яка використовується під час рідинно-рідинного розділення. Саме вбудований заряд дозволяє безпосередньо керувати окисно-відновними процесами за допомогою електричного потенціалу.
Навіщо змінювати традиційну схему
Промислове вилучення металів із відходів або рудних розчинів часто передбачає багато послідовних стадій. На кожній із них можуть знадобитися кислоти, основи чи інші реагенти, а після завершення процесу залишається хімічний відхід, який теж необхідно обробляти. Електрохімічна схема покликана замінити частину такої хімії керованим перенесенням електронів.
Команда вже працювала над електрохімічно опосередкованою рідинно-рідинною екстракцією раніше, але попередній варіант усе ще потребував додаткових речовин для завершення циклу. У новій конструкції цю проблему намагалися вирішити не зміною всього обладнання, а зміною самої молекули-екстрагента. Вона отримала властивості, завдяки яким може бути одночасно носієм заряду та «захоплювачем» потрібного металу.
Під час циклу електрика переводить молекулу в стан, у якому вона зв’язує іон металу і переносить його в іншу рідку фазу. Потім зміна електричного режиму спричиняє вивільнення металу. Таким чином, одну й ту саму систему можна багаторазово перемикати між двома станами без постійного додавання нової порції реагентів.
Хімічних речовин потрібно значно менше
За оцінкою дослідників, пряме електричне керування здатне скоротити використання допоміжної хімії приблизно на один-два порядки порівняно з підходами, де для кожної стадії потрібні окремі реагенти. Це означає потенційне зменшення витрат матеріалів і обсягу вторинних відходів, хоча промислову економіку технології ще належить перевірити у великих установках.
Золото було зручним демонстраційним металом, але сама ідея значно ширша. Хімічну частину молекули можна змінювати так, щоб вона краще взаємодіяла з іншими елементами. У перспективі це може бути корисно для платинової групи, критично важливих металів із промислових потоків, відпрацьованих каталізаторів або гірничих відвалів.
Особливий інтерес технологія має через стрімке накопичення електронних відходів. У старій техніці містяться невеликі концентрації дорогоцінних і технологічно важливих елементів, але їхнє повернення в обіг часто є складним і ресурсомістким. Якщо електрохімічне розділення вдасться масштабувати, воно може перетворити частину такого сміття на більш доступне джерело вторинної сировини.
