Ученые НТУ Сингапур используют кожуру апельсинов, чтобы превратить старые батарейки в новые

Ученые во главе с Наньянским технологическим университетом Сингапура (NTU Singapore) разработали новый метод использования отходов кожуры фруктов для извлечения и повторного использования драгоценных металлов из отработанных литий-ионных батарей с целью создания новых батарей.

web banner 2.jpg

Команда продемонстрировала свою концепцию с использованием апельсиновой корки, которая эффективно извлекает драгоценные металлы из отходов аккумуляторных батарей. Затем они сделали функциональные батареи из этих восстановленных металлов, создавая минимальные отходы в этом процессе.

Ученые говорят, что их подход «от отходов к ресурсам» касается как пищевых отходов, так и электронных отходов, поддерживая развитие круговой экономики с нулевыми отходами, в которой ресурсы используются как можно дольше. По оценкам, ежегодно в мире образуется 1,3 миллиарда тонн пищевых отходов и 50 миллионов тонн электронных отходов.

Отработанные аккумуляторы традиционно обрабатывают экстремальным нагревом (более 500°С) для выплавки ценных металлов, которые выделяют опасные токсичные газы. В настоящее время изучаются альтернативные подходы, использующие сильные кислотные растворы или более слабые кислотные растворы с перекисью водорода для извлечения металлов, но они по-прежнему производят вторичные загрязнители, представляющие опасность для здоровья и безопасности, или полагаются на перекись водорода, которая опасна и нестабильна.
Профессор Мадхави Сринивасан, содиректор лаборатории NTU Singapore-CEA Alliance for Research in Circular Economy (NTU scare), сказал: “современные промышленные процессы переработки электронных отходов являются энергоемкими и выделяют вредные загрязнители и жидкие отходы, указывая на настоятельную необходимость в экологически чистых методах по мере роста количества электронных отходов. Наша команда продемонстрировала, что это возможно сделать с помощью биоразлагаемых веществ.

“Эти выводы основаны на нашем существующем корпусе работ в дефицитном институте энергетических исследований НТУ (ERI@N). Дефицитная лаборатория была создана для разработки более экологичных способов переработки электронных отходов. Он также является частью инициативы NTU Smart Campus, которая направлена на разработку технологически продвинутых решений для устойчивого будущего.”

Доцент Далтон Тэй из школы материаловедения и инженерии НТУ и Школы биологических наук сказал: “в Сингапуре, стране с дефицитом ресурсов, этот процесс городской добычи полезных ископаемых для извлечения ценных металлов из всех видов выброшенной электроники становится очень важным. С помощью этого метода мы решаем не только проблему истощения ресурсов, сохраняя эти драгоценные металлы в использовании как можно больше, но и проблему накопления электронных отходов и пищевых отходов- как растущий глобальный кризис.”

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Environmental Science & Technology в июле.

Недорогой, устойчивый подход

В связи с промышленными подходами к переработке отходов аккумуляторных батарей, образующих вредные загрязнители, гидрометаллургия – использование воды в качестве растворителя для экстракции – все чаще рассматривается в качестве возможной альтернативы. Этот процесс включает в себя сначала измельчение и дробление использованных батарей с образованием измельченного материала, называемого черной массой. Затем исследователи извлекают ценные металлы из черной массы, растворяя ее в смеси сильных кислот или слабых кислот плюс другие химические вещества, такие как перекись водорода под воздействием тепла, прежде чем позволить металлам осаждаться.

Хотя использование таких сильных химических веществ в промышленном масштабе относительно более экологично, чем обычные методы, оно может привести к образованию значительного количества вторичных загрязняющих веществ, представляющих значительный риск для безопасности и здоровья человека, сказал профессор Асст тай.

Команда NTU обнаружила, что комбинация апельсиновой корки, высушенной в духовке и измельченной в порошок, и лимонной кислоты, слабой органической кислоты, содержащейся в цитрусовых фруктах, может достичь той же цели.

В ходе лабораторных экспериментов группа обнаружила, что их подход успешно извлекает около 90% кобальта, лития, никеля и марганца из отработанных литий-ионных батарей – эффективность, сопоставимая с подходом, использующим перекись водорода.

Профессор тай пояснил: “ключ лежит в целлюлозе, содержащейся в апельсиновой корке, которая превращается в сахар под воздействием тепла в процессе экстракции. Эти сахара повышают извлечение металлов из отходов аккумуляторных батарей. Природные антиоксиданты, содержащиеся в апельсиновой корке, такие как флавоноиды и фенольные кислоты, также могли способствовать этому усилению.”
Важно отметить, что твердые остатки, образующиеся в результате этого процесса, были признаны нетоксичными, что говорит о том, что этот метод является экологически безопасным, добавил он.

Из извлеченных материалов они затем собрали новые литий-ионные аккумуляторы, которые показали такую же зарядную способность, как и коммерческие. В настоящее время ведутся дальнейшие исследования по оптимизации циклических характеристик заряда-разряда этих новых батарей, изготовленных из восстановленных материалов.

Это говорит о том, что эта новая технология “практически осуществима для переработки отработанных литий-ионных батарей в промышленном смысле”, заявили исследователи.

В настоящее время команда стремится еще больше повысить производительность своих батарей, получаемых из обработанных отходов аккумуляторных батарей. Они также оптимизируют условия для расширения производства и изучают возможность отказа от использования кислот в этом процессе.

Профессор Мадхави, который также является выпускником школы материаловедения и инженерии НТУ и ERI@N, сказал: “этот подход от отходов к ресурсам также потенциально может быть распространен на другие типы богатых целлюлозой фруктовых и овощных отходов, а также на литий-ионные типы батарей, такие как литий-железный фосфат и литий-никель-марганцевый оксид кобальта. Это помогло бы сделать большие шаги в направлении новой циркулярной экономики электронных отходов и сделать нашу жизнь более экологичной и устойчивой.”

Эти исследования, проводимые в рамках программы NTU scare, поддерживаются Национальным исследовательским фондом, Министерством национального развития и Национальным агентством по окружающей среде в рамках Инициативы по закрытию цикла НИОКР отходов в рамках Фонда Urban Solutions&Sustainability−Integration.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *