Когда мы утилизируем электронные устройства, которые больше не можем использовать, мы рассчитываем максимально эффективно использовать ценные природные ресурсы, которые были потрачены на их создание. Но электронные отходы, как известно, трудно переработать, потому что трудно отделить различные металлы друг от друга в отходах.
Ученые теперь нашли способ избирательного улавливания металлов из потока отходов с помощью отработанных пивных дрожжей, того же побочного продукта пива, который входит в состав Marmite. Мало того: дрожжи можно использовать повторно, что делает процесс еще более экологичным.
«Электронные отходы трудно перерабатывать, потому что они очень неоднородны», — говорит доктор Клеменс Кремсер из Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене, автор статьи в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
«Получение металлов в растворе является первым шагом, но селективное извлечение металлов остается сложной задачей. По сравнению с такими процессами, как химическое осаждение, биосорбция с использованием отработанных пивных дрожжей представляет собой дешевый и экологически чистый подход».
Любите вы это или ненавидите?
Уже существует несколько вариантов разделения различных металлов, составляющих электронные отходы, включая другие биосорбенты — биологические материалы, которые могут быть использованы для поглощения загрязняющих веществ. Однако все они имеют существенные недостатки. Например, в результате химического осаждения образуется загрязненный шлак, в то время как биоуголь — биосорбент, похожий на древесный уголь — трудно отделить от сточных вод.
Поэтому ученые обратились к пивным дрожжам. Поскольку остатки пивных дрожжей являются распространенным побочным продуктом пивоварения, они дешевы и широко доступны.
Ученые приобрели 20 литров отработанных пивных дрожжей, отделили биомассу от остатков пивоварения и высушили биомассу. Электростатические взаимодействия на поверхности дрожжей позволяют ионам металлов прилипать к этой поверхности — процесс, называемый адсорбцией. Изменение рН этого раствора изменяет взаимодействия, что может позволить дрожжам адсорбировать больше или различные ионы металлов, в зависимости от содержимого раствора и конкретного рН.
Ученые решили протестировать биомассу дрожжей с цинком, алюминием, медью и никелем, экономически важными металлами. Ученые протестировали каждый раствор металла при различных значениях pH и температурах, чтобы оценить, возможно ли увеличить силу взаимодействия и восстановить больше металла. Ученые также протестировали дрожжи на реальном потоке полиметаллических отходов.
«Использование отходов биомассы для извлечения металлов не является совершенно новым процессом, но селективность биосорбционных процессов является ключевым фактором для эффективного извлечения металла из потоков полиметаллических отходов», — сказала Анна Зибер, доктор философии, научный сотрудник K1-MET, австрийского металлургического исследовательского центра, и первый автор статьи.
«Мы продемонстрировали высокую степень извлечения металла из сложного металлического раствора с использованием экологически чистой и дешевой биомассы. Дрожжевая биомасса считается безопасным организмом, а доказанная возможность повторного использования биомассы делает ее экономически целесообразным подходом».
Сокращение, повторное использование, переработка
Ученым удалось извлечь из исследуемых растворов металлов более 50% алюминия, более 40% меди и более 70% цинка. Более 50% меди и более 90% цинка были извлечены из потока полиметаллических отходов, на которых они тестировали дрожжи.
Изменение температуры оказало относительно незначительное влияние на эффективность, за исключением цинка, где оно повысило коэффициент извлечения на 7,6%. Аналогичным образом, регулировка рН оказала ограниченное влияние на большинство растворов металлов, за исключением алюминия, где она повысила эффективность извлечения на 16%.
«Металлы могут быть удалены с поверхности дрожжей кислотной обработкой и, таким образом, могут быть переработаны», — сказал Сибер. «Было бы интересно изучить потенциальные области применения этих регенерированных металлов».
Сами дрожжи также могут быть переработаны без значительного влияния на их способность извлекать металл: ученые смогли использовать их пять раз для восстановления различных металлов.
Тем не менее, ученые предупреждают, что процесс извлечения металла нуждается в тестировании с гораздо более масштабными исследованиями в реальных условиях, прежде чем его можно будет внедрить в промышленных масштабах.
«Процесс удаления металла в этом исследовании был оптимизирован для четырех рассматриваемых металлов», — сказал Кремсер. «Концентрация потенциально интерферирующих ионов металлов была очень низкой в наших исходных растворах, но это было бы важно учитывать при применении этого подхода к различным растворам смешанных металлов».
