ذهب من نفايات إلكترونية يحول ثاني أكسيد الكربون لمواد صناعية مهمة

حقق الباحثون في جامعة كورنيل إنجازًا مهمًا. حيث نجحوا في إنشاء طريقة مستدامة لاستخراج الذهب من النفايات الإلكترونية وإعادة توظيفه كمحفز لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عضوية قيمة. لا يوفر هذا النهج المبتكر بديلاً صديقًا للبيئة لطرق الاستخراج التقليدية فحسب، بل يستخدم أيضًا كميات هائلة من النفايات الإلكترونية. مما يساعد على تخفيف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ويعرض وسيلة واعدة للحفاظ على البيئة واستعادة الموارد.

ومع ما يقدر بنحو 50 مليون طن من النفايات الإلكترونية التي يتم توليدها سنويًا، والتي يتم إعادة تدوير 20٪ منها فقط حاليًا، يمكن أن يوفر هذا الإنجاز حلاً تشتد الحاجة إليه للمشكلة المتزايدة للتخلص من النفايات الإلكترونية. علاوة على ذلك، فإن استخدام الذهب كمحفز لتحويل ثاني أكسيد الكربون يقدم نهجا واعدا للحد من انبعاثات الغازات الدفيئة وإنشاء منتجات قيمة من النفايات.

النفايات الإلكترونية

تُعَد النفايات الإلكترونية منجم مهم للذهب. إذ تشير التقديرات إلى أن طنًا واحدًا من النفايات الإلكترونية يحتوي على ما لا يقل عن 10 أضعاف كمية الذهب الموجودة في طن واحد من الخام الذي يُستخرج منه الذهب. ومع توقع إنتاج 80 مليون طن متري من النفايات الإلكترونية بحلول عام 2030، فمن المهم بشكل متزايد إيجاد طرق لاستعادة هذا المعدن الثمين.

يمكن للمواد الكيميائية السامة الموجودة في النفايات الإلكترونية، مثل الرصاص والزئبق والكادميوم، أن تسبب مشاكل صحية خطيرة. إن إعادة التدوير غير الرسمية للمخلفات الإلكترونية، والتي تتم غالبًا في البلدان النامية، تعرض العمال لهذه المواد الخطرة. مما يعرض حياتهم للخطر.

كما تساهم النفايات الإلكترونية بشكل كبير في انبعاثات الغازات الدفيئة. حيث يمثل إنتاج الإلكترونيات الجديدة حوالي 1.4% من انبعاثات الكربون العالمية. ويتطلب استخراج هذه الأجهزة ومعالجتها وتصنيعها كميات هائلة من الطاقة والمياه والموارد، مما يزيد من تفاقم العبء البيئي.

الأطر العضوية التساهمية

تُعَد الأطر العضوية التساهمية (COFs) فئة رائعة من المواد المسامية التي برزت كمجال بارز للبحث في علم المواد والكيمياء. وعلى عكس البوليمرات التقليدية التي غالبًا ما تكون ذات هياكل غير منظمة، يتم تصميم وتصنيع الأطر العضوية التساهمية بدقة ذرية. مما يؤدي إلى أطر بلورية عالية التنظيم ذات مسامية دائمة. تتكون هذه المواد الفريدة من كتل بناء عضوية مرتبطة ببعضها البعض بروابط تساهمية قويةز هذا يخلق هياكل ممتدة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد ذات مسام وقنوات محددة جيدًا.

يتم تصنيع المواد العضوية المركبة عادة من خلال عمليات التجميع الذاتي. حيث يتم السماح للكتل العضوية البنائية ذات المجموعات الوظيفية التفاعلية بالتفاعل في ظل ظروف خاضعة للرقابة. تؤدي هذه التفاعلات إلى تكوين روابط تساهمية والتنظيم التلقائي للكتل البنائية في أطر منظمة.

استخراج الذهب من النفايات الإلكترونية

تتضمن الطريقة المبتكرة التي طورتها الفريق استخدام أطر عضوية تساهمية مرتبطة بالفينيل (VCOFs) لاستخراج أيونات الذهب والجسيمات النانوية من لوحات الدوائر المهملة. حيث تم تصنيع نوعين من الأطر العضوية التساهمية المرتبطة بالفينيل باستخدام رباعي الثيافولفالين (TTF) ورباعي فينيل إيثيلين (TPE) كوحدات بناء.

وأظهرت الأطر العضوية التساهمية برباعي الثيافولفالين (TTF-COF) قدرة فائقة على امتصاص الذهب نظرًا لكونها غنيًا بالكبريت، والذي يتمتع الذهب بتقارب طبيعي معه. بالإضافة إلى إظهار قدرة امتصاص عالية، فقد صمد لمدة 16 غسلة (عملية إزالة المركبات غير المرغوب فيها بشكل انتقائي من خليط باستخدام مذيب) وإعادة استخدام، مع فقدان ضئيل لكفاءة الامتصاص.

تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عضوية قيمة

لا تتوقف العملية المبتكرة التي طورها الباحثون في جامعة كورنيل عند استخراج الذهب من النفايات الإلكترونية. حيث يتم ضغط ثاني أكسيد الكربون المحيط عند 50 درجة مئوية. وتقوم الأطر العضوية التساهمية المحملة بالذهب بتحويل ثاني أكسيد الكربون بكفاءة إلى مادة عضوية عن طريق إضافة الكربوكسيل (carboxylation).

إن ثاني أكسيد الكربون يتم تحويله إلى مواد عضوية، مثل الأحماض الكربوكسيلية، والألدهيدات، والإسترات، والتي تشكل لبنات بناء أساسية لمختلف الصناعات. إن الطرق الأخرى لاستعادة الذهب والمعادن الثمينة الأخرى من النفايات الإلكترونية عادة ما لا تكون انتقائية مثل فكرة الفريق وتؤدي إلى الشوائب.

• اكتشاف طريقة لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى ميثانول باستخدام الكهرباء
• دراسة تقترح استخدام ذباب الجندي الأسود لإحداث ثورة في معالجة النفايات
• طريقة مبتكرة لمواجهة الكميات الهائلة من ثنائي أكسيد الكربون
• 8 طرق يمكنك من خلالها رؤية نظرية أينشتاين النسبية في الحياة الواقعية!
• جهاز يستخرج الماء من الهواء باستخدام الجاذبية في السعودية

التأثير البيئي والتطبيقات

إن الطريقة المبتكرة لاستخلاص الذهب من النفايات الإلكترونية لا تعد إنجازا في مجال الاستخراج المستدام فحسب، بل تقدم أيضا حلا واعدا للتخفيف من القلق المتزايد بشأن التلوث البيئي.

ولهذا النهج الصديق للبيئة آثار بعيدة المدى. بما في ذلك الحد من انبعاثات الغازات الدفيئة، والحفاظ على الموارد الطبيعية، وتقليل الطلب على تعدين خام الذهب. علاوة على ذلك، فإن تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد عضوية قيمة يمكن أن يساعد في إزالة الكربون من مختلف الصناعات.

وعلى المدى الطويل، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تلعب دورًا حيويًا في خلق اقتصاد دائري. حيث يتم تحويل النفايات إلى موارد قيمة، ويتم تقليل العبء البيئي للنفايات الإلكترونية بشكل كبير.

المصادر

Turning Old Electronics Into Gold: A Recycling Breakthrough | scitechdaily

Recycling e-waste into gold-loaded covalent organic framework catalysts for terminal alkyne carboxylation | nature communication