FB&B: Побочный продукт пива поможет перерабатывать металлические отходы

Когда мы перерабатываем электронные устройства, которые больше не пригодны для работы, то рассчитываем максимально эффективно использовать драгоценные природные ресурсы, которые пошли на их создание.

Но всякие электронные штуки, такие как микросхемы и микропроцессоры, как известно, трудно перерабатывать, потому что трудно отделить различные металлы в отходах друг от друга. Теперь ученые нашли способ селективного улавливания металлов из отходов с помощью отработанных пивных дрожжей — побочного продукта производства пива, который идет на изготовление мармита. Мало того, дрожжи можно использовать повторно, что делает процесс еще более экологичным.

Электронные отходы трудно перерабатывать, потому что они очень неоднородны, — говорит д-р Клеменс Кремсер из Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене, автор-корреспондент статьи в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Получение металлов в растворе — это первый шаг, 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.

Любить или ненавидеть

Для отделения металлов, входящих в состав электронных отходов, уже существует несколько вариантов, включая другие биосорбенты — биологические материалы, которые можно использовать для поглощения загрязнений. Однако все они имеют существенные недостатки. Например, химическое осаждение приводит к образованию загрязненного шлака, а биосахар — биосорбент, похожий на древесный уголь, — трудно отделить от сточных вод.

Поэтому ученые обратились к пивным дрожжам. Поскольку пивные дрожжи являются обычным побочным продуктом при варке пива, они дешевы и широко доступны. Это исследование было проведено при поддержке COMET (Competence Center for Excellent Technologies), австрийской программы по созданию центров компетенции.

Ученые приобрели 20 литров отработанных пивных дрожжей, отделили биомассу от остатков пивоварения и высушили ее. Электростатическое взаимодействие на поверхности дрожжей позволяет ионам металлов прилипать к этой поверхности — этот процесс называется адсорбцией. Изменение pH раствора изменяет эти взаимодействия, что может позволить дрожжам адсорбировать больше или меньше ионов металлов в зависимости от содержания раствора и конкретного pH.

Ученые решили протестировать дрожжевую биомассу на цинке, алюминии, меди и никеле — экономически важных металлах. Ученые тестировали раствор каждого металла при различных pH и температурах, чтобы определить, можно ли увеличить прочность взаимодействия и извлечь больше металла. Ученые также протестировали дрожжи на реальном потоке полиметаллических отходов.

Использование биомассы для извлечения металлов — не совсем новый процесс, но селективность процессов биосорбции является ключевым фактором для эффективного извлечения металлов из полиметаллических отходов, — говорит Анна Зибер, доктор философии из австрийского металлургического исследовательского центра K1-MET и первый автор статьи.

Мы продемонстрировали высокую степень извлечения металлов из сложного металлического раствора с помощью экологически чистой и дешевой биомассы. Дрожжевая биомасса считается безопасным организмом, а продемонстрированная возможность повторного использования биомассы делает этот подход экономически оправданным.

Сокращение, повторное использование, переработка

Ученые смогли извлечь более 50% алюминия, более 40% меди и более 70% цинка из металлических растворов. Из полиметаллических отходов, на которых испытывались дрожжи, было извлечено более 50% меди и более 90% цинка.

Изменение температуры относительно мало повлияло на эффективность, за исключением цинка, где оно повысило степень извлечения на 7,6%. Аналогично, регулировка pH оказала ограниченное влияние на большинство растворов металлов, за исключением алюминия, где она повысила эффективность извлечения на 16%.

Металлы могут быть удалены с поверхности дрожжей путем обработки кислотой и, таким образом, могут быть переработаны, — говорит Зибер.

Было бы интересно изучить потенциальные области применения этих восстановленных металлов.

Сами дрожжи также могут быть переработаны без существенного влияния на их способность извлекать металлы: ученые смогли использовать их пять раз для извлечения различных металлов.

Однако ученые предупреждают, что процесс извлечения металлов нуждается в проверке в гораздо более масштабных исследованиях в реальных условиях, прежде чем его можно будет применять в промышленных масштабах.

Процесс извлечения металлов в этом исследовании был оптимизирован для четырех металлов, — заключает Кремсер.

Концентрация потенциально мешающих ионов металлов была очень низкой в наших исходных растворах, но это важно учитывать при применении данного подхода к различным смешанным растворам металлов.

12.03.2024