Geïnspireerd door het werk van de natuur om stekelige structuren in grotten te bouwen, ingenieurs van de Iowa State University hebben technologie ontwikkeld waarmee zuivere en edele metalen kunnen worden teruggewonnen uit de legeringen in onze oude telefoons en ander elektrisch afval.

Met behulp van gecontroleerde toepassingen van zuurstof en relatief lage temperaturen, de ingenieurs zeggen dat ze een metaal kunnen ontbinden door de meest reactieve componenten langzaam naar het oppervlak te verplaatsen waar ze stalagmietachtige pieken van metaaloxiden vormen.

Dat laat de minst reactieve componenten achter in een gezuiverd, vloeibare kern omgeven door brosse metaaloxide-spikes "om een ​​zogenaamde 'ship-in-a-bottle-structuur' te creëren, '" zei Martin Thuo, de leider van het onderzoeksproject en een universitair hoofddocent materiaalwetenschap en techniek aan de Iowa State University.

"De structuur die wordt gevormd wanneer het metaal gesmolten is, is analoog aan gevulde grotstructuren zoals stalactieten of stalagmieten, ' zei Thuo. 'Maar in plaats van water, we gebruiken oxidatie om deze structuren te creëren."

Een paper waarin de nieuwe technologie wordt beschreven, "Passivering-gedreven soortvorming, dealloying en zuivering, " is onlangs gepubliceerd door het tijdschrift Materialen Horizons .

Startupfondsen van universiteiten en een deel van een subsidie ​​van het Amerikaanse ministerie van Energie voor Small Business Innovation Research ondersteunde de ontwikkeling van de technologie.

Thuo merkte op dat dit project precies het tegenovergestelde is van het eerdere werk van zijn onderzoeksgroep om hittevrij soldeer te ontwikkelen.

"Met hittevrij soldeer, we wilden dingen op een rijtje zetten, "zei hij. "Hiermee, we willen dingen uit elkaar laten vallen."

Maar niet zomaar uit elkaar vallen. Thuo en de ingenieurs in zijn onderzoeksgroep willen precies bepalen hoe en waar legeringscomponenten uit elkaar vallen, of dealloy.

"Het is alsof je een metalen fluisteraar bent, "zei hij. "We laten de dingen gaan zoals we willen."

De ingenieurs gaven een nauwkeurigere beschrijving in hun artikel:"Dit werk demonstreert het gecontroleerde gedrag van oppervlakte-oxidatie in metalen en het potentieel ervan bij het ontwerpen van nieuwe deeltjesstructuren of zuivering/dealloying. Door oxidatie via temperatuur af te stemmen, partiële druk van oxidatiemiddel, tijd en compositie, een balans tussen reactiviteit en thermische vervorming maakt ongekende morfologieën mogelijk."

Die ongekende vormen en structuren kunnen heel nuttig zijn.

"We hebben nieuwe methoden nodig om edele metalen terug te winnen uit e-waste of gemengde metalen materialen, Thuo zei. "Wat we hier laten zien, is dat de traditionele elektrochemische of hoge-temperatuurmethoden (boven 1, 832 graden Fahrenheit) is misschien niet nodig bij metaalzuivering, omdat de reactiviteit van het metaal kan worden gebruikt om scheiding te stimuleren."

Thuo zei dat de oxidatietechnologie goed werkt bij temperaturen van 500 tot 700 graden Fahrenheit. ("Dit speelt zich af in een oven en zorgt ervoor dat metalen worden gescheiden, " hij zei.)

Naast metaalzuivering en terugwinning, dit nieuwe idee zou ook kunnen worden toegepast op metaalspeciatie - het vermogen om de creatie en distributie van bepaalde metalen componenten te dicteren. Een gebruik zou de productie van complexe katalysatoren kunnen zijn om meertrapsreacties aan te sturen.

Laten we zeggen dat scheikundigen een tinoxidekatalysator nodig hebben, gevolgd door een bismutoxidekatalysator. Ze beginnen met een legering met het bismutoxide begraven onder het tinoxide. Ze voeren de reactie uit met de tinoxidekatalysator. Dan zullen ze de temperatuur verhogen tot het punt dat het bismutoxide als spikes naar de oppervlakte komt. En dan voeren ze de reactie uit met de bismutoxidekatalysator.

Thuo schrijft de ontwikkeling van de nieuwe technologie toe aan het werken met getalenteerde studenten en twee medewerkers.

"We bouwden heel langzaam op dit grote idee voort, ' zei hij. 'En door samen te werken, we waren in staat om in deze kenniskloof te breken."