由南大领导的一个科学家团队开发了一种新方法,利用果皮废料从废旧锂离子电池中提取和再利用贵金属,以制造新的电池。L-R:助理教授Dalton Tay,教授Madhavi Srinivasan。学分:新加坡NTU
新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)领导的科学家开发了一种新方法,利用果皮废料从废旧锂离子电池中提取和再利用贵金属,以制造新的电池。
该团队使用橘子皮展示了他们的概念,橘子皮可以有效地从电池废料中回收贵金属。然后,他们用这些回收的金属制造了功能电池,在这个过程中产生的废物最少。
科学家们表示,他们的“废物换资源”方法既解决了食物浪费,也解决了电子垃圾,支持发展零浪费的循环经济,使资源尽可能长时间地使用。据估计,全球每年产生13亿吨食物垃圾和5000万吨电子垃圾。
废电池通常用极热(超过500°C)进行处理,以冶炼有价值的金属,这些金属会释放出危险的有毒气体。正在探索使用强酸溶液或弱酸溶液与过氧化氢一起提取金属的替代方法,但它们仍然会产生二次污染物,对健康和安全构成风险,或者依赖危险和不稳定的过氧化氢。
该团队使用橘子皮展示了他们的概念,橘子皮可以有效地从电池废料中回收贵金属。然后,他们用这些回收的金属制造了功能电池,在这个过程中产生了最小的无毒废物。学分:新加坡NTU
新加坡国立大学循环经济研究联盟(NTU SCARCE)实验室联合主任Madhavi Srinivasan教授,他说:“目前电子垃圾的工业回收过程是能源密集型的,会排放有害污染物和液体垃圾,这表明随着电子垃圾数量的增长,迫切需要环保的方法。我们的团队已经证明,使用可生物降解的物质是可行的。”。
“这些发现建立在我们在南大能源研究所下属的SCARCE现有工作的基础上(ERI@N). SCARCE实验室的成立是为了开发更环保的电子垃圾回收方式。这也是南大智慧校园计划的一部分,该计划旨在为可持续的未来开发技术先进的解决方案。”
南大材料科学与工程学院和生物科学学院的助理教授Dalton Tay说:“在新加坡这个资源匮乏的国家,从各种废弃电子产品中提取有价值金属的城市采矿过程变得非常重要。通过这种方法,我们不仅通过尽可能多地使用这些贵金属来解决资源枯竭问题,还解决了电子垃圾和食物垃圾堆积问题,这两个问题都是一场日益严重的全球危机。”
这一发现发表在7月份的科学期刊《环境科学与技术》上。
低成本、可持续的方法
随着回收产生有害污染物的电池废物的工业方法,湿法冶金——使用水作为提取溶剂——越来越多地被探索为一种可能的替代方法。这一过程包括首先将用过的电池粉碎,形成一种称为黑色物质的粉碎材料。然后,研究人员将黑色物质溶解在强酸或弱酸加上其他化学物质(如过氧化氢)的混合物中,然后让金属沉淀,从中提取有价值的金属。
Tay助理教授表示,虽然相对而言比传统方法更环保,但在工业规模上使用这种烈性化学品可能会产生大量的二次污染物,对安全和健康构成重大风险。
回收电池的一种从废物到资源的方法。学分:新加坡NTU
南大团队发现,将经过烘干并研磨成粉末的橘子皮与柠檬酸(柑橘类水果中的一种弱有机酸)相结合,可以达到同样的目的。
在实验室实验中,该团队发现,他们的方法成功地从废锂离子电池中提取了约90%的钴、锂、镍和锰,其效果与使用过氧化氢的方法相当。
Tay助理教授解释道:“关键在于橘子皮中的纤维素,在提取过程中,纤维素在加热下转化为糖。这些糖可以促进从电池废物中回收金属。橘子皮中天然存在的抗氧化剂,如类黄酮和酚酸,也可能有助于这种增强。”
他补充道,重要的是,这一过程产生的固体残留物被发现是无毒的,这表明这种方法是环保的。
然后,他们用回收的材料组装了新的锂离子电池,其充电能力与商用电池相似。正在进行进一步的研究,以优化这些由回收材料制成的新型电池的充放电循环性能。
研究人员表示,这表明这项新技术“在工业意义上对废旧锂离子电池的回收实际上是可行的”。
该团队目前正在寻求进一步提高处理过的电池废料产生的电池的性能。他们还在优化条件以扩大生产规模,并探索在生产过程中消除酸的使用的可能性。
Madhavi教授也是来自南大材料科学与工程学院ERI@N,表示:“这种从废物到资源的方法也可能扩展到其他类型的富含纤维素的水果和蔬菜废物,以及锂离子电池类型,如磷酸铁锂和镍锰钴锂氧化物。这将有助于在电子废物的新循环经济方面取得长足进步,并以更环保、更可持续的方式为我们的生活提供动力。”
参考资料:“将果皮废料重新用作废锂离子电池回收的绿色还原剂”,作者:吴卓然、Soh Tanto、Chan Jun Jie、Meng Shize、Daniel Meyer、Madhavi Srinivasan和Chor Yong Tay,2020年7月9日,《环境科学与技术》。
内政部:10.1021/acs.est.0c02873
这项研究隶属于南大SCARCE,由国家研究基金会、国家发展部和国家环境局根据“关闭废物循环研发倡议”提供支持,作为城市解决方案和可持续发展整合基金的一部分。