Naukowcy z Hong Kongu odkryli nowe zastosowanie odpadów elektronicznych, czyli płytek PCB ze zużytych telefonów komórkowych, komputerów i innych gadżetów elektronicznych. Recykling zadrukowanych płytek polega na ich zmieleniu na proszek i użyciu do adsorpcji metali ciężkich.
Obecnie na świecie produkowane jest dwadzieścia do pięćdziesięciu milionów ton odpadów elektronicznych rocznie. Większość z nich jest spalana lub składowana na wysypiskach. Ekolodzy przestrzegają przed e-odpadami jako potencjalnym zagrożeniem dla ludzkiego zdrowia, zwłaszcza w krajach rozwijających się, które otrzymują większość odpadów. Palenie płytek z obwodami drukowanymi z tworzywa sztucznego i metalu uwalnia do atmosfery toksyczne związki, takie jak dioksyny i furany. Części składowane na wysypiskach mogą zanieczyszczać także wody gruntowe.
Recykling płytek PCB (z ang. Printed Circuit Board) jest drogi. Tylko części płytek zawierające metale mają wartość ponownego wykorzystania. Dlatego części niemetaliczne muszą być oddzielone od metalicznych – ta część jest bardzo kosztowna.
Aby recykling e-odpadów uczynić bardziej opłacalnym, Gordon McKay i jego koledzy Hong Kong University of Science & Technology rozpoczęli badania nad wykorzystaniem niemetalicznych frakcji, wykonanych z polimerów oraz glinokrzemianów. Zespół już wcześniej opracował rodzaj chłonnego materiału do usuwania toksycznych metali ciężkich ze ścieków produkowanych przez przemysł elektroniczny.
Badacze odkryli, że glinokrzemianowy materiał stosowany w płytkach może być skutecznym absorbentem, podobne jak zeolity stosowane powszechnie do tego celu.
Proszek wykonany z niemetalicznych frakcji obwodów drukowanych wchłania toksyczne metale
McKay i koledzy przeprowadzili badania, które polegały na rozdrobnieniu frakcji niemetalicznej części obwodów do postaci proszku. Materiał poddano działaniu wodorotlenku potasu (co jest powoduje zwiększenie porowatości adsorbentów bazujących na węglu). Następnie ogrzewano go przez 3h godziny w atmosferze azotu do temperatury końcowej 250°C. Dalej aktywowany materiał przemyto kilkakrotnie wodą i suszono w temperaturze 110°C przez 24 godzin. Kolejnym krokiem było odgazowanie próżniowe w temperaturze 120°C przez 6-8 godzin. Ostatnim etapem było dodanie proszku do roztworów miedzi, ołowiu i cynku. Zmodyfikowany materiał miał zdolność adsorpcyjną na poziomie 184.5 mg/g dla miedzi i 117 mg/g dla cynku.
Naukowcy stwierdzili, że metale zostały zaadsorbowane przez spreparowany proszek bardziej efektywnie niż przez trzy powszechnie stosowane przemysłowe adsorbenty. Proszek zaadsorbował około 25% więcej miedzi niż jego fabryczny odpowiednik. Proszek z płytek PCB miał również wyższą zdolność adsorpcji niż kilka tańszych odpowiedników, w tym łuski soi i żużel wielkopiecowy. Co ciekawe metale nie były adsorbowane przez niespreparowany proszek.
Na podstawie badań FTIR (spektroskopii w podczerwieni), XPS (spektroskopii fotoelektronów w zakresie promieniowania X) oraz ICP-AES (atomowej spektrometrii emisyjnej z wzbudzaniem plazmowym) naukowcy stwierdzili, że chemiczne trawienie i ogrzewanie proszku z płytek PCB prowadzi do rozwoju mezoporowatego materiału z grupami funkcyjnymi tworzącymi strukturę o dużym rozwinięciu powierzchni. Utworzona porowata struktura poprawia wymianę jonową z toksycznymi metalami ciężkimi, co prowadzi do efektywnego wchłaniania substancji.
Daniel E. Giammar, naukowiec z Washington University w St. Louis uważa, że zespół odkrył intrygujący sposób recyklingu aczkolwiek nie bez wad. Jego zdaniem proszek z płytek PCB może być skutecznym adsorbentem, ale sposób jego wytarzania i modyfikacji nie jest tak energooszczędny i ekonomiczny, jak w przypadku innych adsorbentów, np. granulowanego wodorotlenku żelaza (GFH). Dzieje się tak, ponieważ wszystkie etapy przetwarzania, potrzebne do uzyskania odpowiednich właściwości proszku wymagają ogrzewania.
Naukowcy przeprowadzają obecnie pilotażowe badania na 10 kilogramowej partii adsorbentu i opracowują metodę jego produkcji na skalę przemysłową.
Źródło:
[1] Toxic Heavy Metal Capture Using a Novel Electronic Waste-Based Material-Mechanism, Modeling and Comparison Pejman Hadi, John Barford, and Gordon McKay. Chemical and Biomolecular Engineering Department, Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong SAR.
[2] http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/es4001664 | 21.08.2013
[3] Stock photo: Tron City, free usage license sxc.hu