Elektronik cihazların çöpe dönüşmesiyle birlikte büyük miktarda değerli metal de atık haline geliyor. Akıllı telefonlar, bilgisayarlar ve diğer elektronik ürünlerin içinde bulunan altın, gümüş ve çeşitli kritik metallerin yeniden kazanılması ise genellikle yüksek miktarda kimyasal madde kullanılmasını gerektiriyor.
Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'nde kimya ve biyomoleküler mühendisliği profesörü Xiao Su'nun liderliğindeki ekip, bu süreci elektrikle gerçekleştirmeye yönelik yeni bir yöntem geliştirdi.
Çalışma, Su'nun araştırma grubunun 2024 yılında geliştirdiği elektrokimyasal sıvı-sıvı ekstraksiyon sisteminin (e-LLE) devamı niteliğinde.
Daha önce geliştirilen sistem, elektronik atıklardan altın geri kazanımında elektrik enerjisinin bazı asit ve bazların yerine kullanılabileceğini göstermişti. Ancak işlem döngüsünün tamamlanması için hala bazı kimyasal maddelere ihtiyaç duyuluyordu.
Yeni araştırmada ise bu gerekliliği ortadan kaldırabilecek özel bir molekül tasarlandı.
Molekül; metal iyonlarına seçici şekilde bağlanabiliyor, kalıcı bir elektrik yükü taşıyor ve ekstraksiyon sırasında kullanılan organik fazda çözünmüş halde kalabiliyor. Böylece elektrik, molekülü doğrudan kontrol etmek için kullanılabiliyor.
Araştırmacılardan postdoktor Deborah Schmitt, yeni molekülün aynı zamanda elektrolit görevi gören kalıcı bir yüke sahip olduğunu belirtti.
Bu özellik sayesinde elektrik akımı sıvı üzerinden iletilebiliyor ve daha önce kimyasal maddeler aracılığıyla gerçekleştirilen redoks reaksiyonları doğrudan elektrik kullanılarak yönlendirilebiliyor.
Araştırma ekibine göre molekül önce elektrikle yükleniyor, ardından metale bağlanarak onu organik faza taşıyor. Daha sonra yine elektrik kullanılarak metal molekülden ayrılıyor.
Laboratuvar çalışmalarında yeni molekül, elektronik atıklardan elde edilen ve çeşitli metaller içeren çözeltilerden altını seçici olarak geri kazanmak için kullanıldı.
Araştırmacılar, elektriğin ara kimyasal maddelerin yerine kullanılması sayesinde kimyasal tüketiminin 10 ila 100 kat arasında azaltılabildiğini bildirdi.
Bu durum yalnızca kullanılan kimyasalların miktarını azaltmakla kalmıyor; aynı zamanda ekstraksiyon sürecinin daha basit hale gelmesine de yardımcı olabilir.
Araştırmacılar yöntemin yalnızca elektronik atıklardaki altın için kullanılmasını hedeflemiyor.
Geliştirilen sistemin, farklı moleküler tasarımlarla başka değerli ve kritik metallere uyarlanabileceği belirtildi.
Bunlar arasında kullanılmış otomotiv katalizörlerinde bulunan platin grubu metaller ile maden atıklarında yer alan çeşitli kritik elementler bulunuyor.
Araştırmacılardan Aderiyike Aguda, aynı elektrokimyasal platformun korunarak farklı metalleri hedefleyen ekstraksiyon moleküllerinin tasarlanabileceğini ifade etti.
Araştırma ekibi, çalışmanın asıl öneminin tek bir molekül geliştirmekten ziyade, elektrikle çalışan sıvı-sıvı ekstraksiyon sistemlerinin nasıl tasarlanabileceğine ilişkin temel bir çerçeve ortaya koyması olduğunu belirtti.
Bir sonraki aşamada yöntemin laboratuvardan endüstriyel ölçekte kullanıma taşınması hedefleniyor.
Araştırmacılar ayrıca farklı metaller için yeni moleküller geliştirmeyi ve bilgisayar modellemeleri ile yapay zekadan yararlanarak uygun ekstraksiyon moleküllerinin daha hızlı bulunmasını araştırıyor.
Artan kritik mineral ihtiyacı ve küresel tedarik zincirlerindeki baskılar nedeniyle, elektronik atıklar ve diğer kaynaklardan değerli metallerin daha az kimyasal kullanılarak geri kazanılması önemli bir araştırma alanı haline geliyor.
Yeni yöntem, metal ayrıştırma süreçlerinin elektrik enerjisiyle yürütülebilmesine yönelik dikkat çekici bir adım olarak öne çıktı.
Araştırmanın sonuçları, ACS Energy Letters dergisinde yayımlandı.
Görseller temsilidir.