Teksti Kemia-lehti, kuvat Jyväskylän yliopisto
Jyväskylän ja Helsingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden liuotusmenetelmän kullan, hopean ja kuparin talteen ottamiseksi sähkö- ja elektroniikkajätteestä. He kehittivät myös teoreettisen mallin, jolla prosessia voi ymmärtää ja ennustaa atomitasolta alkaen.
Kulta, hopea ja kupari ovat modernin elektroniikan keskeisiä materiaaleja. Niiden talteenotto on kuitenkin haastavaa, ja uusia menetelmiä kaivataan.
SER-jäte koostuu useista eri komponenteista ja materiaalista, joista halutut metallit on eroteltava valikoivasti, tehokkaasti, taloudellisesti ja ympäristöystävällisesti.
Kokeellista, teoreettista ja laskennallista tutkimusta
Helsingin ja Jyväskylän yliopistojen kemian laitosten tutkijat ovat yhteistyössä tarkastelleet uutta tapaa erotella kultaa, hopeaa ja kuparia SER-jätteestä.
Menetelmässä halutut metallit liuotetaan valikoivasti biomassapohjaisten ionisten nesteiden ja hapettimien seoksiin.
Helsingin yliopiston kokeellisissa tutkimuksissa havaittiin, että erilaisilla liuotin-hapetinyhdistelmillä eri metallit voidaan erotella toisistaan tehokkaasti. (Kuva 1.)
Erilaisissa teollisissa prosesseissa syntyy jätettä, jota ei voida vielä kierrättää.
Kokeellisten tutkimusten perusteella ei kuitenkaan ollut selvää, miksi ja miten eri metallit liukenevat valikoivasti eri liuotin-hapetinyhdistelmiin. Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen tutkijat kehittivät teoreettisen mallin, jolla pystyttiin selittämään kokeelliset havainnot.
”Kehittämämme teoria on varsin yksinkertainen termodynaaminen malli, joka yhdistää eri metallien sähkökemialliset ja liukoisuusominaisuudet. Mallin parametrisointi perustuu kvanttikemiallisiin laskuihin, joissa tutkittiin metalli-ioneita eri liuoksissa”, kertovat yliopistotutkija Timo Weckman ja akatemiatutkija Marko Melander Jyväskylän yliopistosta. (Kuva 2.)
”Näiden laskujen avulla pystyimme selittämään, miksi eri metallit liukenevat valikoivasti tiettyyn hapetin-liuotinseokseen. Kehittämämme lähestymistapa mahdollistaa myös liukenemisnopeuksien ennustamisen eri liuottimia ja hapettimia käytettäessä.”
Uudella lähestymistavalla voi ennustaa liukenemisnopeuksia.
Yksinkertainen malli monimutkaisen kemian ymmärtämiseksi
Tulokset osoittavat, että hyvinkin heterogeenisen SER-jätteen kierrätystä voidaan selittää ja jopa ennustaa perinteisten epäorgaanisen, fysikaalisen ja laskennallisen kemian keinoin.
”Metallien liukeneminen eri nesteisiin on hyvin monimutkainen prosessi, ja atomitason ymmärryksen saaminen pelkästään kokeiden avulla on haastavaa. Laskennalliset mallit yksinkertaistavat tutkittavan ongelman tarkastelua mahdollisimman pitkälle – usein jopa liikaa, jolloin mallit eivät enää vastaa riittävästi kokeellista tilannetta”, Weckman ja Melander toteavat.
”Siksi olikin hienoa huomata, että peruskemiaan nojaava lähestymistapamme mahdollisti kokeellisten tulosten ymmärtämisen. Toivomme, että jatkossa voimme käyttää vastaavia laskennallisia lähestymistapoja myös ennustamaan uusia hapetin-liuotinyhdistelmiä kokeellisille yhteistyökumppaneillemme.”
Tulokset on julkaistu Angewandte Chemie International Edition -lehdessä.
Lue myös:
Uusi menetelmä säästää raaka-aineita akkujen kierrätyksessä
Ainutlaatuinen tutkimus: selvittääkö tekoäly akkukierrätyksen sokkelon
