Les chercheurs du KIST ont développé un adsorbant à base de fibres capable de récupérer l'or des déchets électroniques avec une efficacité supérieure à 99,9 %. Crédit : Issues.fr.com
Un adsorbant fibreux récupère sélectivement l'or de haute pureté des déchets. Réduit considérablement le coût et la durée du processus de récupération et permet aux matériaux d'être produits en masse et recyclés à plusieurs reprises.
La Corée dépend des importations pour la plupart de ses ressources métalliques et, ces dernières années, en raison de l'épuisement des ressources et de la hausse des prix des matières premières, des « ressources circulaires » qui recyclent les déchets métalliques ont émergé.
En réponse, SK hynix a établi un plan à moyen et long terme visant à augmenter le pourcentage de cuivre, d'or, etc. récupérés et réutilisés à partir des déchets générés dans le processus de fabrication des semi-conducteurs à plus de 30 % d'ici 2030, et Samsung Electronics met en œuvre un programme de collecte de téléphones portables usagés en coopération avec E-circulation Governance, une société à but non lucratif. Le marché mondial de l’économie circulaire devrait plus que doubler, passant d’environ 338 milliards de dollars en 2022 à environ 712 milliards de dollars en 2026.
Figure 1. Préparation et caractéristiques physico-chimiques des fibres de polyacrylonitrile aminées (PANF). Illustrations représentatives du PANF (a) avant et après la réaction de couplage de diverses molécules d’alkylamine. Différentes couleurs de PANF et de fibres polymères chargées d'amines (ALPF) représentent différents groupes fonctionnels de nitrile et d'alkylamines. (b) Spectres FT-IR du PANF avant et après réaction de couplage de différentes alkylamines utilisant la diéthylènetriamine (DETA), la triéthylènetétramine (TETA), la tétraéthylènepentamine (TEPA) et la poly(éthylèneimine) ramifiée (bPEI). (c) Modèles XRD du PANF et des PANF aminés. (d) Courbes contrainte-déformation du PANF et des PANF aminés. (e) Capacité d'adsorption maximale (qm) des PANF aminés pour les ions Au (III). La concentration initiale (Ci) et la valeur du pH de la solution Au étaient respectivement de 1 000 mg/L et 1. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Percée dans la technologie de récupération des métaux
Dans ce contexte, une équipe dirigée par le Dr Jae-Woo Choi du Centre de recherche sur le cycle des ressources en eau de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a annoncé avoir développé une technologie capable de récupérer sélectivement l'or de haute pureté à partir des sources électriques et technologiques. déchets électroniques contenant divers métaux utilisant des matières textiles.
Les adsorbants pour la récupération des métaux sont généralement de forme granulaire pour augmenter l'efficacité de l'adsorption en fonction d'une surface spécifique élevée, mais ils sont difficiles à contrôler sous l'eau, ce qui entraîne de faibles taux de récupération et même une pollution environnementale secondaire. D’un autre côté, les matériaux fibreux sont faciles à contrôler sous l’eau et peuvent prendre diverses formes grâce au processus de tissage, ce qui leur confère un potentiel élevé d’application industrielle. Cependant, en raison de leur faible épaisseur et de leur faible résistance, ils se brisent facilement lorsque la récupération d’or est appliquée sur le support.
Figure 2. Performances de récupération Au de l’ALPF. (a) Effet du pH dans la solution Au sur les performances de récupération d’Au de l’ALPF. Les doses Ci, t et adsorbant étaient respectivement de 100 mg/L, 24 h et 0,5 g/L. Images FESEM de la surface ALPF après récupération de Au à un pH de (b) 3, (c) 6, (d) 9 et (e) 12, montrant les particules Au (0) sur la surface ALPF. La barre d'échelle est de 1 μm. (f) Modèles XRD de l'ALPF après récupération de l'Au dans la plage de pH de 2 à 12. (gl) Images FESEM de l'ALPF après récupération de Au à Ci de (g) 0,1, (h) 1, (i) 10, (j) 100, (k) 500 et (l) 1000 mg/L pendant 24 h sous agitation à 200 tr/min. Le pH a été ajusté à 1. La barre d'échelle est de 20 µm. (mq) Cartographie FESEM-EDS des distributions d'éléments chimiques pour l'ALPF après récupération de l'Au à Ci de 1000 mg/L : (m) chevauchement, (n) carbone, (o) azote, (p) oxygène et (q) or. La barre d'échelle est de 20 μm. (r) Efficacité de récupération de l'ALPF pour la récupération de l'Au dans une plage de Ci faible de 0,1 à 100 mg/L. (s) Résultat du test d'isotherme d'adsorption de l'adsorbant ALPF. Les données obtenues expérimentalement ont été ajustées par trois équations isothermes représentatives des modèles de Langmuir, Freundlich et Sips.
Techniques améliorées de récupération de l’or
KIST les chercheurs ont chimiquement immobilisé des molécules alcalines à la surface des fibres de polyacrylonitrile (PANF) pour améliorer à la fois les performances de récupération de l'or moléculaire et la stabilité structurelle. La fibre polymère contenant des amines a une surface considérablement plus grande, ce qui peut améliorer les performances d'adsorption des ions or (Au) dans les déchets jusqu'à 2,5 fois (de 576 mg/g à 1 462 mg/g) par rapport au modèle précédemment développé par l'équipe. matériau d'adsorption d'or granulaire.
L'adsorbant fibreux développé a non seulement montré une efficacité de récupération de l'or de plus de 99,9 % dans des solutions obtenues par lixiviation de véritables CPU, mais a également atteint une efficacité de récupération de l'or proche de 100 % dans une large plage de pH 1-4, qui inclut la plupart des déchets liquides. . Il est particulièrement remarquable que seuls les ions or peuvent être récupérés avec une pureté élevée de plus de 99,9 %, même en présence de 14 autres ions métalliques coexistant dans la solution. De plus, le taux de récupération de l'or a été maintenu à 91 % même après 10 utilisations, démontrant une excellente réutilisabilité.
Figure 3. Applicabilité de l’adsorbant ALPF pour les processus de récupération de l’or. (a) Sélectivité d'adsorption de l'ALPF pour Au (III) en présence d'ions métalliques coexistants, notamment Cu (II), Pb (II), Cd (II), Mn (II), Ni (II), Co (II) , Fe(II), Al(III), Cr(III), Zn(II), Na(I), K(I), Mg(II) et Ca(II). Ci de Au(III) a été fixé à 10 mg/L, et ceux des autres ions métalliques ont été fixés à 10, 100 et 1 000 mg/L. Le pH de la solution a été ajusté à 1. (b) Pureté de l'Au (0) récupéré par l'ALPF. L’encart montre une image au microscope optique de l’Au(0) récupéré. (c) Test d'adsorption/désorption répétitif de Au(III) utilisant l'adsorbant ALPF. Ci de Au(III) a été fixé à 10 mg/L. Le processus d'adsorption a été mené pendant 24 h. Le pH de la solution a été ajusté à 1. Le processus de désorption a été effectué pendant 24 h en utilisant une solution acide de thiourée à 0,5 dans 1,0 M de HCl. ( d ) Spectres HRXPS déconvolués de l'ALPF pour les N 1, montrant le changement chimique des groupes amine de l'adsorbant ALPF au cours des cycles répétitifs d'adsorption-désorption. (e) Photographie de feutres constitués de PANF (en haut) et d'ALPF (en bas), indiquant que l'adsorbant fibreux peut être transformé en une forme souhaitée. La barre d'échelle est de 2 cm. (f) Effet des formes d'adsorbants sur la chute de pression dans une colonne remplie d'adsorbants. Chaque chute de pression dans la colonne remplie des adsorbants a été mesurée en fonction du débit volumétrique. Crédit : Institut coréen des sciences et technologies
Conclusion et perspectives d'avenir
« En permettant une récupération efficace et respectueuse de l'environnement des ressources métalliques, l'adsorbant de type fibre développé par KIST peut réduire la dépendance de la Corée à l'égard des importations de ressources et se préparer au risque de hausse des prix des matières premières », a déclaré le Dr Jae-Woo Choi. « Nous prévoyons d'élargir la portée des recherches futures pour récupérer sélectivement divers métaux cibles en plus de l'or, a déclaré le Dr Youngkyun Jung. »
