Инновационная микроволновая технология для переработки электронных отходов

Исследователи из Университета Павии в Италии и Университета Софии в Японии создали новую технологию пиролиза с использованием микроволн, которая предлагает экономичный и эффективный способ переработки электрических кабелей. Результаты их исследований были опубликованы в журнале RSC Advances

Спрос на электронику значительно вырос. В 2022 году было произведено около 62 миллионов тонн электронных отходов, что на 82% больше, чем в 2010 году. По прогнозам, к 2030 году это число может увеличиться до 82 миллионов тонн.

К ценным материалам, содержащимся в электронных отходах, относятся повторно используемые редкие элементы, металлы и полупроводники. Однако в 2022 году только 22,3% электронных отходов были надлежащим образом собраны и переработаны, а оставшиеся электронные отходы, оцениваемые примерно в 62 миллиарда долларов, были отправлены на свалки.

Несмотря на постоянные усилия по улучшению переработки электронных отходов, этот процесс остается трудоемким, и большая часть электронных отходов экспортируется в слаборазвитые страны, где методы переработки опасных химических веществ поддерживаются дешевой рабочей силой.

Новый процесс карбонизирует ПВХ-изоляцию, не повреждая медный провод, что упрощает восстановление и предотвращает образование крайне вредных побочных продуктов.

Кабели VVF обычно используются в качестве силовых кабелей в домах и зданиях и имеют высокую ценность повторного использования среди электронных отходов. Наш метод подходит для переработки и восстановления электронных отходов, содержащих металлы, и не требует предварительной обработки для отделения пластика от металлов .

Сатоши Хорикоши, профессор и ведущий автор исследования, Софийский университет

Исследователи поместили двухжильные силовые кабели VVF с медными проводами, обернутыми в ПВХ-изоляцию, в стеклянный реактор и подвергли их воздействию микроволнового излучения мощностью 100, 200 и 300 Вт. Во время процесса пиролиза в реактор вводился азот для предотвращения возгорания. Части кабеля различной длины (1 см, 6 см, 9 см, 12 см и 18 см) были разрезаны и испытаны вместе со стандартным 54-сантиметровым кабелем VVF.

Примечательно, что эффективность процесса пиролиза варьировалась в зависимости от длины кабеля по отношению к длине волны микроволн, которая составляла приблизительно 12,24 см на частоте 2,45 ГГц. Кабели с длиной, соответствующей определенным долям длины волны, показали наилучшие результаты в процессе пиролиза.

Через 60 секунд при 100 Вт кабели длиной 9 см (около 3/4 длины волны) и кабели длиной 18 см (длиннее длины волны) начали пиролизовать. Напротив, более короткие кабели, такие как кабель длиной 3 см (около 1/4 длины волны), требовали больше мощности (200 Вт) для начала пиролиза. Даже при 300 Вт пиролиз не происходил с другими длинами, такими как 1 см, 6 см и 12 см (полные или почти полные длины волн).

Хотя пластик не поглощает микроволны, кабели 9 см и 18 см подверглись пиролизу по нескольким причинам. Медные провода действовали как антенны на этих длинах, поглощая микроволновое излучение и генерируя электрические дуговые разряды для нагрева ПВХ без расплавления меди. Кроме того, центр и концы этих кабелей испытывали более сильное и концентрированное электрическое поле. При напряженности электрического поля примерно вдвое большей, чем у провода 3 см, провод 9 см нагревался быстрее и локально. Наконец, по мере нагревания и карбонизации ПВХ его способность поглощать микроволны улучшалась, что еще больше ускоряло процесс пиролиза.

Быстрое дихлорирование и карбонизация ПВХ-изоляции во время пиролиза эффективно предотвратили образование вредных побочных продуктов, таких как смола, диоксины и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).

Хлор можно перерабатывать в соляную кислоту; полученные углерод и активированный уголь можно извлекать в виде сажи .

Сатоши Хорикоши, профессор и ведущий автор исследования, Софийский университет

Поскольку микроволны способны нагревать и разрушать провода, длина которых превышает длину их волны, кабель VVF длиной 54 см полностью пиролизуется всего за 12 минут под воздействием излучения мощностью 300 Вт, оставляя медный провод целым и неповрежденным.

В настоящее время перерабатывается только около 35% ПВХ-изоляции. Этот метод пиролиза с использованием микроволн обеспечивает более эффективный и менее трудоемкий способ извлечения медных проводов из ПВХ-кабелей, улучшая процесс переработки и решая растущую проблему электронных отходов.

Благодаря этому прорыву переработка электронных отходов может стать более чистой, быстрой и устойчивой, превращая сегодняшние отходы в ценные ресурсы для будущего.

Источник: https://www.azom.com/news.aspx?newsID=63968