Ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре (NTU Singapore) разработали новый метод использования отходов кожуры фруктов для извлечения и повторного использования драгоценных металлов из отработанных литий-ионных батарей с целью создания новых батарей.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Команда продемонстрировала свою концепцию с использованием апельсиновой корки, которая эффективно извлекает драгоценные металлы из отходов батарей . Затем они сделали функциональные батареи из этих восстановленных металлов, создав минимальные отходы в процессе.
Ученые говорят, что их подход «отходы к ресурсам» касается как пищевых отходов, так и электронных отходов, поддерживая развитие экономики замкнутого цикла с нулевыми отходами, в которой ресурсы используются как можно дольше. По оценкам, ежегодно во всем мире образуется 1,3 миллиарда тонн пищевых отходов и 50 миллионов тонн электронных отходов.
Отработавшие батареи обычно обрабатывают очень высокой температурой (более 500 ° C) для плавления ценных металлов, которые выделяют опасные токсичные газы. Изучаются альтернативные подходы, в которых используются сильные кислотные растворы или более слабые кислотные растворы с перекисью водорода для извлечения металлов, но они по-прежнему производят вторичные загрязнители, которые представляют опасность для здоровья и безопасности или полагаются на перекись водорода, которая опасна и нестабильна.
Профессор Мадхави Сринивасан, содиректор лаборатории NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU SCARCE), сказал: «Текущие процессы промышленной переработки электронных отходов энергоемки и выделяют вредные загрязнители и жидкие отходы, указывая на острая необходимость в экологически чистых методах, поскольку количество электронных отходов растет. Наша команда продемонстрировала, что это возможно с использованием биоразлагаемых веществ. Эти результаты основаны на нашей текущей работе в SCARCE в рамках Института энергетических исследований NTU (ERI @N). Лаборатория SCARCE была создана для разработки более экологичных способов утилизации электронных отходов. Она также является частью инициативы NTU Smart Campus, направленной на разработку технологически передовых решений для устойчивого будущего».
Доцент Далтон Тэй из Школы материаловедения и инженерии и Школы биологических наук НТУ сказал: «В Сингапуре, стране с дефицитом ресурсов, процесс добычи ценных металлов из всех видов выброшенной электроники становится очень важным. С помощью этого метода мы не только решаем проблему истощения ресурсов, максимально используя эти драгоценные металлы , но и решаем проблему электронных отходов и накопления пищевых отходов – и то, и другое – нарастающий глобальный кризис».
Результаты были опубликованы в научном журнале Environmental Science & Technology в июле.
Недорогой и устойчивый подход
При промышленных подходах к переработке отходов аккумуляторных батарей, образующих вредные загрязнители, гидрометаллургия – использование воды в качестве растворителя для экстракции – все чаще рассматривается как возможная альтернатива. Этот процесс включает в себя сначала измельчение и дробление использованных аккумуляторов с образованием измельченного материала, называемого черной массой. Затем исследователи извлекают ценные металлы из черной массы, растворяя ее в смеси сильных кислот или слабых кислот плюс другие химические вещества, такие как перекись водорода, под действием тепла, прежде чем позволить металлам осаждаться.
По словам профессора Тей, использование таких сильнодействующих химикатов в промышленных масштабах, хотя и относительно более экологично, чем традиционные методы, может привести к образованию значительного количества вторичных загрязнителей, что создает значительные риски для безопасности и здоровья.
Команда NTU обнаружила, что комбинация апельсиновой цедры, высушенной в духовке и измельченной в порошок, и лимонной кислоты, слабой органической кислоты, содержащейся в цитрусовых, может достичь той же цели.
В лабораторных экспериментах команда обнаружила, что их подход успешно извлек около 90 процентов кобальта, лития, никеля и марганца из использованных литий-ионных батарей – эффективность, сравнимая с подходом с использованием перекиси водорода.
Профессор Тэй объяснил: «Ключ кроется в целлюлозе, содержащейся в апельсиновой цедре, которая превращается в сахар под действием тепла во время процесса экстракции. Эти сахара улучшают извлечение металлов из отходов батарей. Природные антиоксиданты, содержащиеся в апельсиновой цедре, такие как как флавоноиды и фенольные кислоты, также могли внести свой вклад в это улучшение ».
Важно отметить, что твердые остатки, образующиеся в результате этого процесса, оказались нетоксичными, что позволяет предположить, что этот метод является экологически безопасным, добавил он.
Затем из восстановленных материалов они собрали новые литий-ионные батареи , которые показали такую же зарядную емкость, что и коммерческие. В настоящее время ведутся дальнейшие исследования по оптимизации циклических характеристик заряда-разряда этих новых батарей, изготовленных из восстановленных материалов.
Это говорит о том, что эта новая технология «практически осуществима для переработки отработанных ионно-литиевых батарей в промышленном виде», – заявили исследователи.
В настоящее время команда стремится к дальнейшему повышению эффективности своих аккумуляторов, образующихся из переработанных аккумуляторных отходов. Они также оптимизируют условия для увеличения производства и изучают возможность отказа от использования кислот в процессе.
Профессор Мадхави, который также является сотрудником Школы материаловедения и инженерии NTU и ERI @ N, сказал: «Этот подход «отходы к ресурсам» также потенциально может быть распространен на другие типы фруктовых и овощных отходов, богатых целлюлозой, а также на литий – ионные батареи, такие как литий-железо-фосфат и литий-никель-марганец-кобальт. Это поможет сделать большие шаги в направлении новой экономики замкнутого цикла электронных отходов и сделает нашу жизнь более экологичной и устойчивой».
Источник: Nanyang технологический университет
Фото: CC0 Public Domain