Các nhà khoa học sử dụng vỏ trái cây để biến pin cũ thành pin mới

Các nhà khoa học do Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) đứng đầu đã phát triển một phương pháp mới sử dụng chất thải từ vỏ trái cây để chiết xuất và tái sử dụng kim loại quý từ pin lithium-ion đã qua sử dụng để tạo ra pin mới.

Nhóm đã trình diễn khái niệm của họ bằng cách sử dụng vỏ cam, giúp thu hồi kim loại quý từ chất thải pin một cách hiệu quả. Sau đó, họ chế tạo pin chức năng từ những kim loại thu hồi này, tạo ra lượng chất thải tối thiểu trong quá trình này.

Các nhà khoa học nói rằng cách tiếp cận từ chất thải thành tài nguyên của họ giải quyết được cả chất thải thực phẩm và chất thải điện tử, hỗ trợ sự phát triển của một nền kinh tế vòng tròn không lãng phí, trong đó tài nguyên được sử dụng càng lâu càng tốt. Ước tính có khoảng 1,3 tỷ tấn chất thải thực phẩm và 50 triệu tấn chất thải điện tử được tạo ra trên toàn cầu mỗi năm.

Pin đã qua sử dụng được xử lý thông thường với nhiệt độ cực cao (trên 500 ° C) để nấu chảy các kim loại có giá trị, thải ra khí độc nguy hiểm. Các phương pháp tiếp cận thay thế sử dụng dung dịch axit mạnh hoặc dung dịch axit yếu hơn với hydro peroxit để chiết xuất kim loại đang được khám phá, nhưng chúng vẫn tạo ra các chất ô nhiễm thứ cấp gây nguy hiểm cho sức khỏe và an toàn hoặc dựa vào hydro peroxit nguy hiểm và không ổn định.

Giáo sư Madhavi Srinivasan, đồng giám đốc phòng thí nghiệm của Liên minh NTU Singapore-CEA về Nghiên cứu Kinh tế Thông tư (NTU SCARCE), cho biết: “Các quy trình tái chế rác thải điện tử trong công nghiệp hiện nay tiêu tốn nhiều năng lượng và thải ra các chất ô nhiễm và chất thải lỏng có hại. nhu cầu cấp thiết về các phương pháp thân thiện với môi trường khi lượng chất thải điện tử ngày càng tăng. Nhóm của chúng tôi đã chứng minh rằng có thể làm như vậy với các chất có thể phân hủy sinh học.

“Những phát hiện này được xây dựng dựa trên cơ sở làm việc hiện có của chúng tôi tại SCARCE thuộc Viện Nghiên cứu Năng lượng của NTU (ERI @ N). Phòng thí nghiệm SCARCE được thành lập để phát triển các cách tái chế rác thải điện tử xanh hơn. Đây cũng là một phần của sáng kiến ​​Khu thông minh NTU , nhằm mục đích phát triển các giải pháp công nghệ tiên tiến cho một tương lai bền vững. “

Trợ lý Giáo sư Dalton Tay của Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu và Trường Khoa học Sinh học của NTU cho biết: “Ở Singapore, một quốc gia khan hiếm tài nguyên, quá trình khai thác đô thị này để chiết xuất kim loại quý giá từ tất cả các loại thiết bị điện tử bỏ đi trở nên rất quan trọng. Với phương pháp này, chúng tôi không chỉ giải quyết vấn đề cạn kiệt tài nguyên bằng cách giữ cho các kim loại quý này được sử dụng càng nhiều càng tốt, mà còn cả vấn đề chất thải điện tử và tích tụ chất thải thực phẩm – cả một cuộc khủng hoảng toàn cầu đang gia tăng. “

Các phát hiện đã được công bố trên tạp chí khoa học Environmental Science & Technology vào tháng Bảy.

Phương pháp tiếp cận bền vững, chi phí thấp

Với cách tiếp cận công nghiệp để tái chế chất thải pin tạo ra các chất ô nhiễm có hại, luyện kim thủy lực – sử dụng nước làm dung môi để chiết xuất – đang ngày càng được khám phá như một giải pháp thay thế khả thi. Quy trình này đầu tiên bao gồm việc cắt nhỏ và nghiền pin đã qua sử dụng để tạo thành một vật liệu nghiền được gọi là khối đen. Sau đó, các nhà nghiên cứu chiết xuất các kim loại có giá trị từ khối đen bằng cách hòa tan nó trong hỗn hợp axit mạnh hoặc axit yếu cộng với các hóa chất khác như hydrogen peroxide dưới nhiệt, trước khi để kim loại kết tủa.

Mặc dù tương đối thân thiện với môi trường hơn các phương pháp thông thường, việc sử dụng các hóa chất mạnh như vậy ở quy mô công nghiệp có thể tạo ra một lượng đáng kể các chất ô nhiễm thứ cấp, gây ra những rủi ro đáng kể về an toàn và sức khỏe, giáo sư Asst Tay cho biết.

Nhóm nghiên cứu của NTU phát hiện ra rằng sự kết hợp giữa vỏ cam đã được sấy khô và nghiền thành bột và axit xitric, một loại axit hữu cơ yếu có trong trái cây họ cam quýt, có thể đạt được mục tiêu tương tự.

Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng phương pháp của họ đã chiết xuất thành công khoảng 90% coban, lithium, niken và mangan từ pin lithium-ion đã qua sử dụng – một hiệu quả tương đương với phương pháp sử dụng hydrogen peroxide.

Giáo sư Tay giải thích: “Chìa khóa nằm ở xenlulo có trong vỏ cam, được chuyển hóa thành đường dưới nhiệt trong quá trình chiết xuất. Những loại đường này giúp tăng cường thu hồi kim loại từ chất thải pin. như flavonoid và axit phenolic, cũng có thể góp phần vào việc tăng cường này. “

Điều quan trọng là, các chất cặn rắn sinh ra từ quá trình này được cho là không độc hại, cho thấy rằng phương pháp này phù hợp với môi trường, ông nói thêm.

Từ những vật liệu thu hồi được, sau đó họ lắp ráp pin lithium-ion mới, có khả năng sạc tương tự như pin thương mại. Nghiên cứu sâu hơn đang được tiến hành để tối ưu hóa hiệu suất chu kỳ sạc-xả của những loại pin mới này được làm từ vật liệu phục hồi.

Điều này cho thấy rằng công nghệ mới này “thực tế khả thi để tái chế pin lithium ion đã qua sử dụng theo nghĩa công nghiệp”, các nhà nghiên cứu cho biết.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách cải thiện hơn nữa hiệu suất của pin được tạo ra từ chất thải pin đã qua xử lý. Họ cũng đang tối ưu hóa các điều kiện để mở rộng quy mô sản xuất và khám phá khả năng loại bỏ việc sử dụng axit trong quá trình này.

Giáo sư Madhavi, cũng đến từ Trường Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu và ERI @ N của NTU, cho biết: “Cách tiếp cận từ chất thải thành tài nguyên này cũng có thể được mở rộng cho các loại chất thải trái cây và rau quả giàu cellulose khác, cũng như lithium -ion ​​các loại pin như lithium iron phosphate và lithium niken mangan coban oxit. Điều này sẽ giúp tạo ra những bước tiến lớn đối với nền kinh tế vòng tròn mới của chất thải điện tử, đồng thời cung cấp năng lượng cho cuộc sống của chúng ta theo cách xanh và bền vững hơn. “

Nghiên cứu, thuộc NTU SCARCE, được hỗ trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Quốc gia, Bộ Phát triển Quốc gia và Cơ quan Môi trường Quốc gia trong khuôn khổ Sáng kiến ​​R&D về Vòng lặp Chất thải Đóng cửa như một phần của Quỹ Tích hợp Giải pháp Đô thị & Bền vững.

Theo ScienceDaily