Okolju prijazni materiali

The Korea Institute of Science and Technology
Razvoj okolju prijaznega in nizkoenergijskega samoregenerativnega vlakenskega materiala za pridobivanje dragocenih kovin iz industrijskih odpadkov.

Tehnologija za pridobivanje dragocenih kovin iz odpadne vode, ki nastaja v različnih industrijah, kot so galvanizacija, polprevodniki, avtomobili, baterije in obnovljivi viri energije, je pomembna ne le zaradi varstva okolja, temveč tudi iz gospodarskih razlogov.
V Koreji se odpadni vodi dodajajo predvsem kemikalije za obarjanje ionov težkih kovin v obliki oksidov, vendar se nesreče, kot je uhajanje nevarnih kemikalij, pojavljajo ena za drugo, zato je treba razviti okolju prijaznejše tehnologije.

Slika 1: Struktura in zasnova SRF (vir: KIST) (a) Shematski prikaz izdelave vlaken PAN/PMMA s strojem za mokro predenje s suhim curkom. Premer vlaken PAN/PMMA je bilo mogoče enostavno nadzorovati z uravnavanjem hitrosti vbrizgavanja in hitrosti valjanja. Podatki o premeru vlaken so povzeti v preglednici S1. Ilustracije, ki prikazujejo fizikalno-kemijsko strukturo (b) vlaken PAN/PMMA in (c) SRF. (d) Serija postopkov za samoregeneracijo, pri katerih se na površini SRF ponavljajoče oblikujejo-odstranjujejo kristalne plasti. Ioni težkih kovin in protiionti so inducirali jedra za rast kristalov, kar je povzročilo nastanek kristalnih plasti. Kristalne plasti se s površine SRF samoodstranijo ob medsebojnih trkih, nelepljivih površinah in ukrivljenosti vlakna, na površini SRF, na kateri so se kristalne plasti odtrgale, pa zrastejo novi kristali. (e) Slika SEM SRF, potopljenih v raztopino bakrovega nitrata s koncentracijo 1 000 ppm za 1 h. Opazili smo tri vidike samoodlepitve bakrove kristalne plasti, tj. trke med kristalnimi plastmi, nelepljivo površino in ukrivljenost SRF. Merilo: 100 μm (f) Posnetki prikazujejo potek samoodvzema kristalnih plasti iz SRF prek (g) nastanka nelepljive površine, (h) trka in (i) ukrivljenosti površine v času 55 minut (Ci 100 ppm in brez prilagoditve pH). Merilo: 200 μm.

Korejski inštitut za znanost in tehnologijo (Korea Institute of Science and Technology, KIST) je objavil, da je ekipa Dr. Jae-Woo Choija iz raziskovalnega centra za cikel vodnih virov razvila vlaknom podoben material za obnovo kovin, ki lahko z adsorpcijo in kristalizacijo kovine obnovi kovinske ione v vodi, obnovljeni kovinski kristali pa se lahko sami desorbirajo in regenerirajo.

Slika 2: Analiza samoraztegovanja kristalnih plasti na površini SRF (vir: KIST) (a) Defektna območja, ki so v primerjavi z velikostjo kristalnih plasti zanemarljivo ozka, povzročajo nelepljivo površino SRF. (b) Prav tako pospešuje odlepljanje kristalnih plasti elastična obnovitvena sila proti ukrivljenosti SRF. (c) Prevladujoči pojav odlepljanja kristalnih plasti okoli območja kritične napake je trk med kristalnimi plastmi, ki ga spremlja divergenca ali konvergenca, odvisno od njihovega kota in položaja. (d) Ko je območje napake večje od velikosti kristalnih plasti, se rast kristalnih plasti prekine. Slike FEG-SEM prikazujejo pojav samoodstranitve bakrovih kristalnih plasti s površine SRF. (e) Samoodvzem z nelepljivo površino, (f) ukrivljenost vlaken, (g) in divergenca (vstavek: 1 μm) ter (h) konvergenca kristalnih plasti. (i) Zaključek rasti kristalov. Vijolično območje, izraženo na vlaknu za razlikovanje od kristalne plasti težke kovine, ki je nastala na površini SRF, predstavlja široka defektna območja, kjer se kristalna plast ne oblikuje. Običajno na površini SRF rastejo novi kristali, potem ko se obstoječa kristalna plast sama odcepi. Merilo: Merilo: 50 μm. (j) XRD vzorec SRF, vključno s kristali, ki so zrasli iz adsorbiranega Cu2+. Ta se dobro ujema z vzorcem polikristala Cu2(NO3)(OH)3 (ICDD št. 01-075-1779). (k) Slika SEM plasti kristalov Cu2+, ločenih od površine SRF, kaže obliko, podobno ukrivljeni površini SRF. Lestvica: 200 μm. (l) Slika HR-TEM kristalne plasti Cu2+ prikazuje vrednosti razmikov d, ki se dobro ujemajo z vzorcem XRD. Merilo: 10 nm.

Cilji razvoja so bili:

  • Razvoj adsorbcijskega materiala na osnovi vlaken za pridobivanje dragocenih kovin iz industrijske odpadne vode
  • Zmanjšanje strupenih kemikalij in porabe energije z odpravo potrebe po zamenjavi in obnavljanju materialov

Raziskovalna skupina KIST je razvila poltrajni adsorpcijski material z uporabo pojava, da kovinski ioni v vodi kristalizirajo, ko so določene kemične funkcionalne skupine pritrjene na površino vlaknu podobnega materiala, in uvedbo tehnologije za odstranitev nastalih kristalov. Pri testiranju z bakrovimi ioni je največja adsorpcijska količina obstoječih adsorbentov le približno 1 060 mg/g, vendar je z uporabo razvitega materiala mogoče zagotoviti skoraj neskončno adsorpcijsko zmogljivost.

Slika 3: Modul za rekuperacijo težkih kovin, ki je opremljen s SRF (vir: KIST) (a) Reprezentativna slika modula, opremljenega s SRF za neprekinjeno pridobivanje težkih kovin. Modul za regeneracijo vključuje zgornji del, v katerem je napolnjen SRF in je povezan z dovodnimi in odvodnimi cevmi raztopine težkih kovin, ter spodnji prostor, v katerem se lahko kristali virov težkih kovin, ki so se sami odtrgali od površine SRF, koncentrirajo zaradi razlike v gostoti. (b) Dejanske fotografije modula, napolnjenega s SRF. (c) Ioni težkih kovin kristalizirajo na površini vlaken SRF. Merilo: 500 μm. (d) Dejanske fotografije modula, napolnjenega z vlakni SRF, med vbrizgavanjem raztopine bakrovega nitrata za 5 ur. (e) Kristalni sloji težkih kovin se sami odlepijo in zberejo na dnu modula. Merilo: 200 μm. (f) Med neprekinjenim vbrizgavanjem 100 L raztopine bakrovega nitrata s koncentracijo 100 ppm v modul, napolnjen s 5 g SRF, s hitrostjo pretoka 0,2 L/min je bilo mogoče obnoviti konstantno maso kristalnih plasti za težke kovine. (g) Dekonvolutirani vrhovi XPS N 1s na SRF z različnimi časi potopitve v raztopino bakrovega nitrata: 0, 1, 5, 10, 20 in 50 ur.

Poleg tega so obstoječi visoko zmogljivi adsorbenti v obliki majhnih zrnc s premerom od nekaj nanometrov do deset mikrometrov, zaradi česar jih je težko uporabiti pod vodo, vendar je material za pridobivanje kovin, ki ga je razvila raziskovalna skupina KIST, v obliki vlaken, zaradi česar ga je enostavno nadzorovati pod vodo in ga je enostavno uporabiti za dejanske postopke pridobivanja kovin.

„Ker razviti material temelji na akrilnih vlaknih, ga je mogoče množično proizvajati s postopkom mokrega predenja in uporabiti tudi odpadna oblačila,“ je povedal dr. Jae-woo Choi iz KIST. „Tehnologija recikliranja odpadne vode bo pomagala zmanjšati odvisnost industrije od tujih virov dragocenih kovin, po katerih je veliko povpraševanje.“

KIST je bil ustanovljen leta 1966 kot prvi raziskovalni inštitut v Koreji, ki ga je financirala vlada. KIST si zdaj prizadeva za reševanje nacionalnih in družbenih izzivov ter zagotavljanje gonil rasti z vodilnimi in inovativnimi raziskavami. Za več informacij obiščite spletno stran KIST na naslovu https://eng.kist.re.kr/.

Raziskava, ki jo je financiralo korejsko ministrstvo za znanost in IKT (minister Jong-ho Lee) v okviru vodilnega projekta za inovacije na področju materialov (2020M3H4A3106366), Sejong Science Fellowship (RS-2023-00209565) in KIST Institutional Unique Project (2E32442), je bila objavljena 16. oktobra 2023 v mednarodni reviji Advanced Fiber Materials.

Povzeto po:
https://kist.re.kr/eng/newscenter/latest-research-news.do?mode=view&articleNo=12512&article.offset=0&articleLimit=10

https://kist.re.kr/eng

Sorodni članki

Zadnji članki

Mean Well AC ventilatorji

Predstavljamo MEAN WELL ventilatorje.

Nivojsko stikalo za higienske in industrijske aplikacije

Visokofrekvenčno kapacitivno nivojsko stikalo OPTISWITCH 6600 podjetja Krohne, zazna raven tekočin in sipkih materialov ter spremembe lastnosti medija.

Pozicioniranje pri vrhunskem paletiziranju v le nekaj sekundah

Ploščat, bolj stabilen in visokozmogljiv.

Želite biti na tekočem z najnovejšimi novicami?

Radi bi vas slišali! Prosimo, izpolnite svoje podatke in ostali bomo v stiku. Tako preprosto je!