Утилизация электронных отходов означает разделение материалов, молекул или химических элементов, чтобы их можно было продавать в качестве сырья для производства новых продуктов. Сначала необходимо разобрать устройства и компоненты, отсортировать их, перемолоть и, наконец, отделить материалы, чаще всего путем сжигания, а затем с помощью химических процессов на основе раствора.
Получить больше химикатов из электронного мусора довольно сложно. Электронные отходы очень разнообразны по своей природе и часто смешиваются с другими видами отходов. Поэтому состав обрабатываемых отходов варьируется от одной партии отходов к другой.
Химик сталкивается с чрезвычайно сложной проблемой разделения. Это отчасти объясняет, почему в настоящее время перерабатывающая промышленность фокусируется на наиболее концентрированных или экономически привлекательных металлах для извлечения.
Новая стратегия: разбирать, сортировать, измельчать, растворять
Целью сортировки является минимизация химической сложности обрабатываемой смеси, а также ее изменчивости.
Полная разборка устройств теоретически является наиболее эффективным подходом. Но из-за разнообразия и сложности оборудования этот этап трудно автоматизировать: разборка по-прежнему в основном выполняется вручную, что означает, что ее стоимость зачастую слишком высока, чтобы можно было выполнить сортировку до уровня элементарных компонентов.
Оптимизация затрат и эффективности таких процессов требует изучения влияния очень большого числа параметров (например, концентраций химических веществ, кислотности, температуры и т. Д.), чтобы определить комбинацию, которая представляет лучший компромисс.
Чтобы сократить время и затраты на разработку новых процессов экстракции, ученые миниатюризировали и интегрировали в одном устройстве микрофлюидику, автоматизировав все оборудование, необходимое для исследования процесса. В микрожидкостном устройстве длина трубопровода меньше миллиметра (в нашем случае толщина 100 мкм, толщина двух волосков или меньше). Это позволяет использовать очень небольшие количества материала: несколько микролитров растворителей и кислот вместо миллилитров и несколько миллиграммов химических соединений вместо граммов. Благодаря интеграции методов анализа (рентгеновского, инфракрасного и сенсорного), ученые могут непрерывно, автоматически и быстро изучать различные комбинации параметров. Это позволяет им проводить исследования в течение нескольких дней, что обычно может занять до нескольких месяцев.
Этот подход недавно позволил исследователям изучить добычу стратегических металлов, обнаруженных в мобильных телефонах. Эти металлы, необходимые в современных технологиях, производятся в основном в Китае и в настоящее время мало утилизируются - менее 5%. Это тем более прискорбно, поскольку их производство очень дорого и может создавать социальные и экологические проблемы.
Результаты ученых показывают, что комбинация двух специфических экстрагирующих молекул позволяет экстрагировать редкоземельные элементы с эффективностью, почти в 100 раз превышающей эффективность экстракции с молекулами, используемыми отдельно. Кроме того, ученые продемонстрировали эффективную экстракцию при концентрациях кислот в 10-100 раз ниже, чем в промышленности, что приводит к меньшему загрязнению. Они также определили комбинации параметров, которые позволяют намного более эффективно отделять редкие земли друг от друга, что обычно очень трудно достичь в несколько этапов. Сейчас исследователи изучают перенос этих результатов, полученных в очень небольших масштабах, на инструмент промышленного производства.