كثير من النفايات العضوية لا تجد مصيرا لها إلا في مكبات النفايات حول العالم، لكن الباحثين في جامعة ولاية بنسلفانيا وجدوا لتلك النفايات استخداما مبتكرا، حيث استخدموا الجزيئات الدقيقة والنانوية التي تم تحضيرها من تلك المواد العضوية لالتقاط العناصر الأرضية النادرة، مثل النيوديميوم، من المحاليل المائية للنفايات الإلكترونية. وسيتم نشر نتائج دراستهم في عدد نوفمبر/تشرين الثاني القادم من دورية “كيميكال إنجينيرنغ” (Chemical Engineering).
ويقول الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية في جامعة ولاية بنسلفانيا أمير شيخي -في بيان صحفي للجامعة- إن “منتجات النفايات -مثل كوز الذرة ولب الخشب والقطن وقشور الطماطم- ينتهي بها المطاف غالبا في مكبات النفايات أو في السماد”، لذا “أردنا تحويل منتجات النفايات هذه إلى جزيئات نانوية قادرة على استخراج العناصر الأرضية النادرة من النفايات الإلكترونية”.
شبكة المواد
المعادن الأرضية النادرة، مثل النيوديميوم (عنصر فلزي نادر لونه أبيض فضي) تُستخدم لتصنيع مغناطيس قوي يستخدم في محركات السيارات الكهربائية والهجينة ومكبرات الصوت وسماعات الرأس وأجهزة الكمبيوتر وتوربينات الرياح وشاشات التلفزيون وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الحديثة.
ومع ذلك -وفقا لشيخي- فإن تعدين هذه العناصر يمثل تحديا كبيرا، ومكلف بيئيا، حيث يلزم وجود مساحات كبيرة من الأرض لاستخراج أقل الكميات من هذه المعادن؛ لذا فقد تحولت الجهود إلى إعادة تدوير المعادن من عناصر النفايات الإلكترونية، مثل أجهزة الحاسوب القديمة أو لوحات الدوائر الإلكترونية، لكن التحدي يكمن في الفصل الفعال بين المعادن والفضلات.
وأضاف شيخي أنه “باستخدام المواد العضوية كمنصة استطعنا تكوين جزيئات دقيقة ومتناهية الصغر عالية الأداء يمكنها أن تلتصق بمعادن مثل النيوديميوم وتفصلها عن السوائل التي تحيط بها”، و”من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية، ترتبط المواد الدقيقة والنانوية سالبة الشحنة بأيونات النيوديميوم موجبة الشحنة، وتفصل بينها”.
إعداد التجربة
لإعداد التجربة، قام فريق شيخي بطحن قشر الطماطم وأكواز الذرة وقطع لب الخشب والورق القطني إلى قطع صغيرة رفيعة ونقعها في الماء، وبعد ذلك تم التعامل كيميائيا مع هذه المواد بطريقة مضبوطة لتفكيكها إلى 3 أجزاء مميزة من المواد الوظيفية: المنتجات الدقيقة والجسيمات النانوية والبوليمرات الحيوية المذابة. وبعد نقع المواد المستخرجة من المخلفات الإلكترونية في الماء تفاعلت مع المخلفات النباتية بعد تحويلها إلى جسيمات نانوية، ونتج عنها استخراج العناصر الأرضية.
وأدت إضافة الجسيمات النانوية إلى المحاليل التي تحتوي على عنصر النيوديميوم الأرضي النادر لبدء عملية الفصل، مما أدى إلى التقاط عينات النيوديميوم.
ويخطط شيخي لتوسيع آلية الفصل الخاصة به واستخدامها في العالم الحقيقي بالشراكة مع الصناعات المهتمة. ويقول “في المستقبل القريب نريد اختبار عمليتنا على عينات صناعية واقعية”، وأضاف “نأمل أيضا ضبط انتقائية المواد تجاه العناصر الأرضية النادرة الأخرى والمعادن الثمينة، مثل الذهب والفضة، حتى نتمكن من فصلها عن منتجات النفايات أيضا”
