Vad har majskolvar och tomatskal med elektronik att göra? De båda kan användas för att rädda värdefulla sällsynta jordartsmetaller, som neodym, från elektroniskt avfall. Penn State-forskare använde mikro- och nanopartiklar skapade av de organiska materialen för att fånga sällsynta jordartsmetaller från vattenlösningar.

Deras resultat, tillgängliga online nu, kommer också att publiceras i novembernumret av Chemical Engineering Journal .

"Avfallsprodukter som majskolvar, trämassa, bomull och tomatskal hamnar ofta på soptippar eller i kompost", säger motsvarande författare Amir Sheikhi, biträdande professor i kemiteknik. "Vi ville omvandla dessa avfallsprodukter till partiklar i mikro- eller nanoskala som kan utvinna sällsynta jordartsmetaller från elektroniskt avfall."

Sällsynta jordartsmetaller används för att tillverka starka magneter som används i motorer för el- och hybridbilar, högtalare, hörlurar, datorer, vindkraftverk, TV-skärmar med mera. Att bryta dessa metaller visar sig dock vara utmanande och miljömässigt kostsamt, enligt Sheikhi, eftersom stora landområden krävs för att bryta även små mängder av metallerna. Istället har man satsat på att återvinna metallerna från elektroniskt avfall som gamla datorer eller kretskort.

Utmaningen ligger i att effektivt separera metallerna från avfall, sa Sheikhi.

"Med hjälp av de organiska materialen som en plattform skapade vi mycket funktionella mikro- och nanopartiklar som kan fästa på metaller som neodym och separera dem från vätskan som omger dem," sa Sheikhi. "Via elektrostatiska interaktioner binder de negativt laddade materialen i mikro- och nanoskala till positivt laddade neodymjoner och separerar dem."

För att förbereda experimentet malde Sheikhis team upp tomatskal och majskolv och skar trämassa och bomullspapper i små, tunna bitar och blötlade dem i vatten. Sedan reagerade de kemiskt dessa material på ett kontrollerat sätt för att sönderdela dem i tre distinkta fraktioner av funktionella material:mikroprodukter, nanopartiklar och solubiliserade biopolymerer. Tillsats av mikroprodukter eller nanopartiklar till neodymlösningar utlöste separationsprocessen, vilket resulterade i infångning av neodymprover.

I detta senaste dokument förbättrade Sheikhi den separationsprocessen som visats i tidigare arbete och extraherade större provstorlekar av neodym från mindre koncentrerade lösningar.

Sheikhi planerar att utöka sin separationsmekanism till verkliga scenarier och samarbeta med intresserade industrier för att ytterligare testa processen.

"Inom en snar framtid vill vi testa vår process på realistiska industriella prover," sa Sheikhi.

"Vi hoppas också kunna anpassa materialens selektivitet mot andra sällsynta jordartsmetaller och ädla metaller, som guld och silver, för att också kunna separera dem från avfallsprodukter." + Utforska vidare

Att rädda sällsynta jordartsmetaller från elektroniskt avfall