Een team van chemici in Canada heeft een manier ontwikkeld om metalen te verwerken zonder giftige oplosmiddelen en reagentia te gebruiken.

Het systeem, die ook veel minder energie verbruikt dan conventionele technieken, zou de milieu-impact van de productie van metalen uit grondstoffen of uit post-consumer elektronica aanzienlijk kunnen verkleinen.

"In een tijd waarin de natuurlijke afzettingen van metalen afnemen, er is veel belangstelling voor het verbeteren van de efficiëntie van metaalraffinage en recycling, maar er worden weinig ontwrichtende technologieën naar voren gebracht, " zegt Jean-Philip Lumb, een universitair hoofddocent aan de afdeling Scheikunde van McGill University. "Dat is wat onze opmars zo belangrijk maakt."

De ontdekking komt voort uit een samenwerking tussen Lumb en Tomislav Friscic bij McGill in Montreal, en Kim Baines van de Western University in Londen, Ont. In een recent gepubliceerd artikel in wetenschappelijke vooruitgang , schetsen de onderzoekers een aanpak die gebruik maakt van organische moleculen, in plaats van chloor en zoutzuur, om germanium te helpen zuiveren, een metaal dat veel wordt gebruikt in elektronische apparaten. Laboratoriumexperimenten van de onderzoekers hebben aangetoond dat dezelfde techniek kan worden gebruikt met andere metalen, inclusief zink, koper, mangaan en kobalt.

Het onderzoek zou een belangrijke mijlpaal kunnen zijn voor de "groene chemie"-beweging, die tot doel heeft de giftige reagentia die in de conventionele industriële productie worden gebruikt te vervangen door milieuvriendelijkere alternatieven. De meeste vorderingen op dit gebied hebben betrekking op organische chemie - de synthese van op koolstof gebaseerde verbindingen die worden gebruikt in farmaceutische producten en kunststoffen, bijvoorbeeld.

"Toepassingen van groene chemie blijven ver achter op het gebied van metalen, Lumb zegt. "Toch zijn metalen net zo belangrijk voor duurzaamheid als een organische verbinding. Bijvoorbeeld, elektronische apparaten vereisen talrijke metalen om te functioneren."

Een pagina uit de biologie halen

Er is geen enkel erts dat rijk is aan germanium, het wordt dus over het algemeen verkregen uit mijnbouwactiviteiten als een ondergeschikte component in een mengsel met veel andere materialen. Door een reeks processen, dat mengsel van materie kan worden gereduceerd tot germanium en zink.

"Momenteel, om germanium te isoleren van zink, het is een behoorlijk vervelend proces, " legt Baines uit. De nieuwe benadering die is ontwikkeld door de scheikundigen van McGill en Wester " stelt je in staat om germanium uit zink te halen, zonder die vervelende processen."

Om dit te bereiken, de onderzoekers namen een pagina uit de biologie. Lumb's lab heeft jarenlang onderzoek gedaan naar de chemie van melanine, het molecuul in menselijk weefsel dat huid en haar hun kleur geeft. Melanine heeft ook het vermogen om zich aan metalen te binden. "We stelden de vraag:'Hier is dit biomateriaal met een voortreffelijke functie, zou het mogelijk zijn om het te gebruiken als een blauwdruk voor nieuwe, efficiëntere technologieën?'"

De wetenschappers werkten samen om een ​​molecuul te synthetiseren dat enkele eigenschappen van melanine nabootst. Vooral, deze "organische co-factor" werkt als een bemiddelaar die helpt bij het extraheren van germanium bij kamertemperatuur, zonder gebruik van oplosmiddelen.

Volgende stap:industriële schaal

Het systeem maakt ook gebruik van de expertise van Friscic op het gebied van mechanochemie, een opkomende tak van chemie die afhankelijk is van mechanische kracht - in plaats van oplosmiddelen en warmte - om chemische reacties te bevorderen. Maalpotten met roestvrijstalen kogels worden met hoge snelheid geschud om het metaal te helpen zuiveren.

"Dit laat zien hoe samenwerkingen natuurlijk kunnen leiden tot op duurzaamheid gerichte innovatie, " zegt Friscic. "De combinatie van elegante nieuwe chemie met mechanochemische technieken zonder oplosmiddelen leidde tot een proces dat schoner is door het omzeilen van op chloor gebaseerde verwerking, maar elimineert ook het ontstaan ​​van giftig afval van oplosmiddelen"

De volgende stap in de ontwikkeling van de technologie zal zijn om te laten zien dat deze economisch kan worden ingezet op industriële schaal, voor een reeks metalen.

"Er moet enorm veel werk verzet worden om te komen van waar we nu zijn naar waar we heen moeten. " zegt Lumb. "Maar het platform werkt op veel verschillende soorten metalen en metaaloxiden, en we denken dat het een technologie kan worden die door de industrie wordt overgenomen. We zijn op zoek naar belanghebbenden met wie we kunnen samenwerken om deze technologie vooruit te helpen."