Yeşil Çözücü, Talep Edilen Metalleri Pillerden Kurtarıyor
Fotoğraf : Bu çözeltilerin mavi-yeşil rengi, harcanan lityum iyon akülerden alınan kobaltın varlığını ortaya koyuyor.
Yeni araştırmalar ötektik çözücülerin, eski pil katotlarından lityum ve kobaltı çevre dostu bir süreç ile çıkarabildiğini gösteriyor. Bulgular, günümüzün tüketici elektroniği ve elektrikli taşıtlarının kullanım ömrünün sonuna ulaştığında takip etmesi gereken atık dağlarının ele alınmasında rol oynayabilir.
Kobalt tipik olarak ağırlıkça yaklaşık yüzde 15 oranında lityum iyon pil katotunu oluşturur. Kobaltın fiyatı son yıllarda yukarı doğru çekildi ve arzı sorunlu olmaktadır. Kobalt birkaç şirket tarafından siyasi istikrarsızlığıyla tanınan bir ülke olan Demokratik Kongo Cumhuriyeti’ndeki madenlerden çıkarılıyor.
Bu süreç derin ötektik çözücüler kullanılarak Babu Ganguli ve Rice Üniversitesi’ndeki meslektaşlar tarafından geliştirilmiştir. Derin ötektik çözücüler, genellikle ucuz bir şekilde elde edilen, kolayca hazırlanan ve nispeten toksik olmayan ve biyobozunur çözücülerden yapılan hidrojen bağ donörlerinin ve alıcılarının ötektik karışımlarıdır. Bu durumda, çözücü kolin klorür ve etilen glikolü birleştirir. Ayrıca lityum kobalt oksit (LCO) ve lityum nikel manganez kobalt oksit gibi çoklu katod malzemeleri üzerinde çalışarak Co3O4’ü daha fazla LCO yapmak için ortak bir başlangıç maddesi vermektedir.
İşlem, yaklaşık 130 °C’ye kadar ısıtmadan önce bir gram katot atığının 5 gram çözücüye eklenmesiyle başlar. Yaklaşık bir saat sonra, renksiz çözücü karışımı maviye döner ve bu kobaltın çözelti haline geldiğini gösterir. Ekip, lityum ve kobaltı geri kazanmak için, metal iyonlarını bir substrat üzerinde birikmeye teşvik etmek için bir elektrik akımı uygular. Ayrıca sodyum karbonat ilavesinin alternatif bir geri kazanım yaklaşımı olarak çalıştığını ve daha sonra filtreden geçirilebilecek olan lityum ve kobaltı tuz olarak çöktürdüğü bulundu.
Fotoğraf : Akünün sökülmesinden sonra, katot atıkları derin bir ötektik çözücüye sokulur, bu daha sonra ısıtılır ve karıştırılır. Kobalt ve lityum iyonlarının ekstraksiyonu çözülme ile gerçekleşir ve bu aşamada, sızıntı suyu filtrelendiğinde alüminyum folyo, bağlayıcı ve iletken karbon ayrı olarak geri kazanılabilir. Kobalt bileşikleri daha sonra çökeltme veya elektrodepozisyon yoluyla geri kazanılabilir.
Ganguli, “Kullandığımız çözücüler çok çevre dostu ve kobaltın % 90’ından fazlasını geri kazanmayı başardık” diyor.
Şimdiye kadar, işlemi yalnızca laboratuvar ölçeğinde yürüttüler. Ganguli, söz konusu maliyetlerin ve her döngüden sonra geri kazanılabilecek çözücü miktarının, ekonomik uygulanabilirliğini belirlemek için pilot ölçeklerde belirlenmesi gerektiğini söylüyor.
Endüstride bu değerli pil metallerini geri kazanmanın en popüler yolu, 1400 °C veya daha yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duyulan ve yüksek enerji maliyetlerine neden olan pirometalurji kullanmaktır. Başka bir seçenek de hidrometalurjidir. Ancak bu, işçiler ve çevre için tehlike oluşturabilecek hidroklorik, nitrik ve sülfürik asitleri içerir.
Ganguli “Bizim yöntemimiz sürdürülebilirdir. Bir kez metalleri döküp metal iyonlarını geri kazandıktan sonra, artık çözücü de geri dönüşümlüdür” diyor. İşlemin her bir döngüsünden sonra yaklaşık beş gram çözücüden dördü geri kazanılabilir.
Fotoğraf : Rice Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Kimmai Tran, harcanan lityum-iyon pillerden değerli kobalt ve lityum metalleri çıkarmak için çevre dostu bir süreç geliştirmeye yardımcı oldu.
İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki bir malzeme kimyacısı olan Mark Foreman, “Marmit çalışmasına benziyor: İnsanlar ya onu sevecek ya da ondan nefret edecek. Derin ötektik çözücüyü indirgeyici ajan olarak kullanarak pil atıklarının yüksek sıcaklıkta işlenmesi bana sanki çözücüye zarar verecek ve bozacak bir şeymiş gibi geliyor.”
Metallerin geri kazanılmasının çözeltiyi suyla seyrelterek tahrip edebileceğinden veya suyu geri kaynatmak için çok fazla enerji gerektireceğinden şüpheleniyor. “Elektron kazanma yöntemleri geçiş metallerini birbirinden ayırmayacak” diye ekliyor. “Nikel ve diğer şeylerle kobalt alaşımının saf metal elde etmek için daha fazla işlenmesi gerekecektir.”
Kaynak: chemistryworld.com
