Inspirerad av naturens arbete med att bygga taggiga strukturer i grottor, ingenjörer vid Iowa State University har utvecklat teknik som kan återvinna rena och ädla metaller från legeringarna i våra gamla telefoner och annat elavfall.

Genom att använda kontrollerade tillämpningar av syre och relativt låga temperaturer, ingenjörerna säger att de kan hantera en metall genom att långsamt flytta de mest reaktiva komponenterna till ytan där de bildar stalagmitliknande spikar av metalloxider.

Det lämnar de minst reaktiva komponenterna i en renad, flytande kärna omgiven av spröda metalloxidspikar "för att skapa en så kallad" skepp-i-en-flaska-struktur, sa Martin Thuo, ledare för forskningsprojektet och docent i materialvetenskap och teknik vid Iowa State University.

"Strukturen som bildas när metallen smälts är analog med fyllda grottstrukturer, såsom stalaktiter eller stalagmiter, "Thuo sa." Men istället för vatten, vi använder oxidation för att skapa dessa strukturer. "

Ett papper som beskriver den nya tekniken, "Passivationsdriven speciering, dealloying och rening, "har nyligen publicerats av tidskriften Material Horizons .

Universitetsstartmedel och en del av ett amerikanskt Department of Energy Small Business Innovation Research -bidrag stödde utvecklingen av tekniken.

Thuo noterade att detta projekt är raka motsatsen till hans forskargrupps tidigare arbete med att utveckla värmefri lödning.

"Med värmefri lödning, vi ville sätta ihop saker, "sa han." Med detta, vi vill få saker att falla sönder. "

Men inte bara falla sönder på något sätt. Thuo och ingenjörerna i hans forskargrupp vill kontrollera exakt hur och var legeringskomponenter faller isär, eller dealloy.

"Det är som att vara en metallviskare, "sa han." Vi får saker att gå som vi vill. "

Ingenjörerna erbjöd en mer exakt beskrivning i sitt papper:"Detta arbete visar det kontrollerade beteendet för ytoxidation i metaller och dess potential vid konstruktion av nya partikelstrukturer eller rening/hantering. Genom att justera oxidation via temperatur, oxidant partiellt tryck, tid och komposition, en balans mellan reaktivitet och termisk deformation möjliggör oöverträffade morfologier. "

Dessa former och strukturer utan motstycke kan vara mycket användbara.

"Vi behöver nya metoder för att återvinna ädelmetaller från e-avfall eller blandade metallmaterial, "Thuo sa." Det vi visar här är att de traditionella elektrokemiska eller högtemperaturmetoderna (över 1, 832 grader Fahrenheit) kanske inte är nödvändigt vid metallrening eftersom metallens reaktivitet kan användas för att driva separation. "

Thuo sa att oxidationstekniken fungerar bra vid temperaturer på 500 till 700 grader Fahrenheit. ("Detta ställs in i en ugn och får metaller att separera, " han sa.)

Förutom metallrening och återvinning, denna nya idé kan också tillämpas på metallspeciering - förmågan att diktera skapande och distribution av vissa metallkomponenter. En användning kan vara produktion av komplexa katalysatorer för att driva flerstegsreaktioner.

Låt oss säga att kemister behöver en tennoxidkatalysator följt av en vismutoxidkatalysator. De börjar med en legering med vismutoxiden begravd under tennoxiden. De kommer att köra reaktionen med tennoxidkatalysatorn. Sedan höjer de temperaturen till den grad att vismutoxiden kommer upp till ytan som spikar. Och sedan kör de reaktionen med vismutoxidkatalysatorn.

Thuo krediterar utvecklingen av den nya tekniken till att arbeta med begåvade studenter och två samarbetspartners.

"Vi byggde på denna stora idé väldigt långsamt, "sa han." Och jobbar tillsammans, vi kunde bryta in i denna kunskapslucka. "