يعد الجزيء الجديد بإحداث ثورة في استخراج الذهب من النفايات الإلكترونية

الملخص:

طوّر الباحثون في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين جزيء استخلاص جديد يمكن تشغيله مباشرة بالكهرباء لاستعادة المعادن الثمينة من النفايات الإلكترونية، ولوجستيات التعدين والنفايات الصناعية، وتقليل اعتماد العمليات التقليدية على الكواشف الكيميائية بشكل كبير. قد يجعل هذا البحث عملية إعادة تدوير المعادن أكثر نظافة وبساطة وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

تم نشر نتيجة البحث هذه، بقيادة سو شياو، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية في المدرسة، في "ACS Energy Letters". اقترح فريق البحث سابقًا تقنية استخلاص سائل سائل مستمر بوساطة كهروكيميائية، e-LLE، في عام 2024 لاستعادة الذهب من النفايات الإلكترونية. توضح هذه التقنية أن الكهرباء يمكن أن تحل محل الكميات الكبيرة من الأحماض والقواعد المطلوبة عادة في استخلاص السوائل. يعد استخلاص السائل والسائل تقنية تستخدم على نطاق واسع لفصل وتنقية المعادن، ولكن الأنظمة في ذلك الوقت كانت لا تزال تتطلب كواشف كيميائية إضافية لإكمال دورة الاستخلاص بأكملها.

هذه المرة، أزال الباحثون هذه الخطوة الكيميائية المتبقية عن طريق تعديل جزيء الاستخلاص نفسه. لقد صمموا جزيئًا متعدد الوظائف يربط بشكل انتقائي أيونات المعادن، وله شحنة دائمة، ومستقر في المرحلة العضوية المستخدمة في الاستخراج. ولأن الجزيء يحمل شحنته الكهربائية الخاصة، يستطيع الباحثون التحكم في تفاعله مباشرة بالكهرباء، مما يلغي الحاجة إلى الكواشف الكيميائية الوسيطة التي كانت ضرورية في السابق.

وقالت ديبورا شميدت، باحثة ما بعد الدكتوراه، والمؤلفة المشاركة في الورقة البحثية، إن الشحنة الدائمة المضمنة في الجزيء الجديد تعمل كمحلول كهربائي، مما يجعل السائل موصلًا. لذلك، يمكن تحفيز تفاعلات الأكسدة والاختزال بالكهرباء بدلًا من المواد الكيميائية. وتشير إلى أن هذا العمل يتيح كهربة كاملة لعملية الفصل الصناعي التي تعتمد بشكل كبير على الكواشف الكيميائية.

قال سو شياو: "هذه هي المرة الأولى التي نقوم فيها بإجراء استخلاص المذيبات الكهروكيميائية بالطريقة التي تخيلناها من قبل. فنحن نشحن الجزيء، ويربط المعدن ويدخله إلى الطور العضوي، ثم يطلق المعدن من خلال الكهرباء."

من خلال تشغيل العملية مباشرة بالكهرباء، يمكن تقليل استهلاك المواد الكيميائية بمعدل واحد أو اثنين من حيث الحجم، في حين يتم أيضًا تبسيط دورة الاستخلاص. إن استبدال الكواشف الوسيطة بالكهرباء يمكن نظريًا أن يقلل من النفايات الكيميائية واستهلاك الطاقة.

في الاختبارات المعملية، استخدم الباحثون الجزيء لاستعادة الذهب بشكل انتقائي من المادة المرتشحة للنفايات الإلكترونية. إن المادة المرتشحة المزعومة هي عبارة عن محلول يتكون عن طريق إذابة المعادن الثمينة في نفايات المنتجات الإلكترونية. الذهب هو العرض الأول لهذا البحث، لكن الهدف الأكبر للفريق هو إنشاء مجموعة من مبادئ التصميم الجزيئي لتطوير المستخلصات النشطة كهربيًا لتحديات الفصل الأخرى.

قال Adryjek Aguda، وهو مؤلف مشارك في الورقة البحثية وطالب دراسات عليا، إن هذا النظام يمكن تكييفه مع الاسترداد الانتقائي لمجموعة متنوعة من المعادن عالية القيمة، مثل استعادة معادن مجموعة البلاتين من المحفزات الذاتية المستهلكة، واستعادة عناصر رئيسية متعددة من المخلفات أو غيرها من المواد الخام المعقدة. ونظرًا لأن المنصة الكهروكيميائية نفسها تظل دون تغيير بشكل أساسي، يمكن للباحثين ضبط التركيب الكيميائي للمستخلص لاستهداف معادن مختلفة بناءً على احتياجات التطبيق المختلفة.

وقال سو شياو إن هذا البحث يفتح طريقًا أساسيًا لفهم وتصميم مثل هذه الأنظمة. وفي الخطوة التالية، سيركز الفريق على تعزيز تطوير هذه التكنولوجيا للتطبيقات على المستوى الصناعي، مع الاستمرار في تطوير المزيد من حلول التصميم الجزيئي، والسعي للتعاون في النمذجة الحسابية والذكاء الاصطناعي لتسريع فحص واكتشاف عوامل الاستخراج الجديدة.

قال سو شياو إنه نظرًا لأن قضايا الموارد المعدنية الهامة وسلسلة التوريد تحظى باهتمام متزايد، فإن هذا الإنجاز يوضح أن الكيمياء الكهربائية لديها القدرة على توفير تكنولوجيا فصل قابلة للتطوير ومنخفضة النفايات وتشجيع الناس على إعادة التفكير في كيفية إعادة تدوير المعادن بطريقة أنظف ومكهربة بالكامل.

تحمل الورقة البحثية عنوان "الكهربة المباشرة لاستخلاص السوائل السائلة عن طريق نقل الشحنات الثابتة إلى مركبات الأكسدة والاختزال النشطة الانتقائية" وتم نشرها في "ACS Energy Letters" في 7 يوليو 2026. ومعرف DOI هو 10.1021/acsenergylett.6c01434. تم تمويل البحث من قبل قسم علوم الطاقة الأساسية وبرنامج علوم الانفصال التابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، رقم المشروع DE-SC0025636.