Изобретение превращает электронные отходы в 22-каратные золотые самородки вместо токсичного мусора

Тонкая полоска золота, стоящая за каждым нажатием, пролистыванием и щелчком на наших электронных устройствах, редко становится предметом повседневных разговоров, однако этот металл поддерживает цифровую жизнь, а затем в конечном итоге превращается в свалки, заполненные токсичными электронными отходами.

От контактов в телефонной розетке до чипов внутри умных часов — золото плавно перемещает электроны и не поддается коррозии.

Однако дальнейшая добыча взрывает горы, осушает реки и выбрасывает углерод. Поскольку глобальный аппетит к электронике продолжает расти, внимание переключилось на растущую свалку выброшенных гаджетов.

Электронные отходы в настоящее время являются самым быстрорастущим потоком отходов на планете — по оценкам Организации Объединенных Наций, в 2024 году их объем составит около 63 миллионов коротких тонн , — и лишь небольшая их доля перерабатывается на сертифицированных предприятиях.

Большая часть нашей старой электроники оказывается на свалках или в мастерских на заднем дворе, откуда металлы попадают в грунтовые воды, создавая токсичные смеси. Более чистая стратегия — безопасно извлекать драгоценные металлы, прежде чем наши устройства попадут на свалки.

Сыр, электронные отходы и золото

Исследовательская группа сейчас работает над тем, чтобы изменить этот сценарий. Профессор Раффаэле Мецценга из ETH Zurich и старший научный сотрудник Мохаммад Пейдаеш собрали коллег в поисках более простого инструмента, чем кислотные чаны или ванны с цианидом. Их маловероятное вдохновение бурлит на сыроваренных заводах.

Сыроделы отделяют творог от сыворотки , оставляя около девяти фунтов водянистого побочного продукта на каждый фунт чеддера. Сыворотка богата белками, которые скручиваются в тонкие амилоидные фибриллы при нагревании в кислоте.

Группа из Цюриха поняла, что эти фибриллярные волокна можно превратить в легкую как перышко губку, которая предпочитает золото другим металлам, таящимся в измельченных телефонах и ноутбуках .

Добавляем немного дряни в золотые электронные отходы

Исследователи смешали фибриллы в гель, затем высушили его в аэрогель — представьте себе воздушность пенополистирола в наномасштабе. Микроскопические поры пересекают материал, предлагая мили площади поверхности внутри куба размером с крошку.

Когда кусочек этой губки попадает в стакан, наполненный растворенными печатными платами, ионы золота устремляются к белкам и прочно прилипают к ним.

Ранние испытания показали, что аэрогель собирает гораздо большую долю золота, чем пластиковые смолы, которые часто используют переработчики. Что еще лучше, процесс обходится без вредных растворителей.

Вода, умеренное тепло и естественная химия белка выполняют основную работу, что снижает как опасность, так и затраты.

Аэрогель и белковая губка

Для проведения прямого лабораторного испытания команда сняла металлические детали с двадцати выброшенных материнских плат компьютеров , растворила их в кислоте и бросила туда кусочек аэрогеля размером с ноготь.

Медь, никель и кобальт кружились в вареве, но ионы золота оседали на губке гораздо эффективнее. После короткого замачивания раствор очистился, что означало, что большая часть драгоценного металла покинула жидкость.

Цифры говорят сами за себя. Губка вытянула золото, чистота которого составляла около 90,8 процентов — близко к 22-каратному ювелирному изделию — при первом проходе. Конкурирующие адсорбенты обычно требуют дополнительных этапов очистки для достижения аналогичной чистоты.

От ионов электронных отходов до золотых самородков

Извлечение ионов из раствора полезно; превращение их обратно в твердый металл имеет решающее значение. Группа из Цюриха нагревала загруженную губку до тех пор, пока ионы золота не сбросили свой заряд и не объединились в мерцающие хлопья.

Нагревание продолжалось до тех пор, пока хлопья не сплавились в самородок весом примерно 450 миллиграммов. Химический анализ показал, что кусок состоял на 91 процент из золота и на 9 процентов из меди, снова достигнув отметки в 22 карата.

Этот шаг также освободил белковый скелет. Сгорая под контролируемым нагревом, сывороточная матрица не оставляет синтетических остатков, что облегчает очистку. Обычные слои смолы не могут претендовать на такой же аккуратный выход.

Переработка живет или умирает в балансе. Здесь математика выглядит обнадеживающей.

Расходы на закупку и энергозатраты для всей операции примерно в пятьдесят раз ниже рыночной стоимости извлеченного золота. Даже с учетом рабочей силы и накладных расходов эта маржа намекает на солидную прибыль для коммерческих переработчиков.

Более низкие эксплуатационные расходы открывают двери для небольших региональных заводов. Вместо того, чтобы отправлять устаревшую электронику за границу, сообщества могли бы перерабатывать ее поблизости, сокращая выбросы при транспортировке и сохраняя местные доходы.

Электронные отходы – это не только золото

Золото крадет заголовки, но техника не должна останавливаться на этом. Подстраивая pH или подгоняя структуру белка, тот же тип губки может сортировать медь, кобальт или палладий — металлы, жизненно важные для батарей и датчиков.

Команда уже экспериментирует с отходами горохового белка из растительного производства молока и коллагеном из рыбьей чешуи. Успех защитит от узких мест поставок, связанных с одним молочным потоком.

Электронные отходы — не единственная цель. Промышленная промывочная вода из цехов по производству микрочипов и позолоты также содержит следы металлов, которые стоит извлечь. Модульная протеиновая губка может проникнуть в эти линии, сокращая расходы и ограничивая стоки.

Предпринимаем следующие шаги

«Больше всего мне нравится то, что мы используем побочный продукт пищевой промышленности для получения золота из электронных отходов», — говорит Мецценга. В самом прямом смысле этот метод превращает два вида отходов в золото. «Вы не можете найти что-то более экологичное, чем это!»

Если пилотные проекты будут масштабироваться так, как ожидается, завтрашние центры переработки отходов могут оказаться рядом с маслодельнями и предприятиями по переработке пищевых продуктов, тихо превращая вчерашнюю сыворотку и гаджеты прошлого десятилетия в завтрашние печатные платы.

Такой подход не остановит добычу в одночасье, но каждая добытая унция отсрочит взрыв, образование шламового пруда или дизельного самосвала.

Этот сдвиг, умноженный на миллионы телефонов и ноутбуков, открывает прямой путь к уменьшению воздействия на окружающую среду и более долговечным ресурсам — никаких новых гор не требуется.

Полное исследование опубликовано в журнале Advanced Materials .

Источник: https://www.earth.com/news/invention-turns-toxic-e-waste-into-22-carat-gold-nuggets-instead-of-trash/