به گزارش خبرآنلاین، به نقل از ایرنا، پالادیوم یکی از فلزات گرانبها و راهبردی جهان به شمار میرود که نقش حیاتی در صنایع گوناگون دارد. از تلفنهای هوشمند و فرایندهای ساخت نیمهرساناها گرفته تا سلولهای سوختی هیدروژنی و مبدلهای کاتالیستی خودروها، همگی به این فلز وابستهاند. پالادیوم بهدلیل خاصیت کاتالیستی ممتاز خود، حتی در مقادیر بسیار اندک نیز توانایی کاهش آلایندهها و افزایش بهرهوری انرژی را دارد و به همین دلیل تقاضا برای آن همواره رو به افزایش است.
با این حال، تولید پالادیوم در جهان به چند کشور محدود شده و همین تمرکز جغرافیایی، زنجیره تأمین آن را ناپایدار و شکننده کرده است. در کشور کره جنوبی، هر ساله حجم قابلتوجهی از کاتالیستهای مصرفشده و پسماندهای الکترونیکی تولید میشود که حاوی مقادیر ارزشمندی از پالادیوم هستند. نبود فناوریهای کارآمد، کمهزینه و دوستدار محیطزیست برای بازیافت این فلز، سبب شده بخش بزرگی از این منابع یا دور ریخته شوند یا بازیافت آنها به فناوریهای خارجی وابسته بماند.
در همین راستا، تیمی از پژوهشگران به سرپرستی دکتر «جائهوو چوی» از گروه پژوهشی بازیافت منابع آب و دکتر «جینیانگ کیم» از مرکز هیدروژن و سلولهای سوختی در مؤسسه علوم و فناوری کره (Korea Institute of Science and Technology – KIST)، فناوری تازهای برای بازیافت پالادیوم ارائه کردهاند. این فناوری بر پایه نانولایههای MXene تیتانیومی با ساختار TiOx/Ti۳C۲Tx توسعه یافته و برخلاف روشهای رایج خارجی، تنها در محیطهای بهشدت اسیدی عمل نمیکند، بلکه در شرایط اسیدی ضعیف نیز کارایی بالایی دارد؛ شرایطی که بهطور معمول در پسابهای صنعتی مشاهده میشود.
نتایج این پژوهش در نشریه معتبر Advanced Functional Materials با عنوان «نانولایههای پروتوفیلیک TiOx/Ti۳C۲Tx برای بازیافت فوقکارآمد پالادیوم در یک چرخه بسته» منتشر شده است. این دستاورد علمی، پایهگذار یک سامانه کامل «بازیافت، ارتقا و استفاده مجدد» از پالادیوم به شمار میرود.
در این سامانه چرخه بسته، نانولایههای MXene تیتانیومی قادرند پالادیوم را بهصورت انتخابی از کاتالیستهای مصرفشده استخراج کنند. سپس پالادیوم بازیابیشده بهعنوان کاتالیست تولید هیدروژن مورد استفاده قرار میگیرد. پس از آن نیز جداسازی نانولایهها و پالادیوم با خلوص بالا برای استفاده صنعتی انجام میشود و خود نانولایهها دوباره وارد چرخه مصرف میشوند. این فرایند، نمونهای کامل از اقتصاد چرخهای در حوزه فلزات گرانبها است.
ویژگی برجسته این فناوری، آرایش متراکم نانوخوشههای TiOx با اکسیژنهای غیر اشباع روی سطح نانومواد است. این ساختار امکان بازیابی پالادیوم با خلوص ۹۹.۹ درصد را تنها در مدت ۳۰ دقیقه فراهم میکند؛ آن هم در محیطهای اسیدی ضعیفی که روشهای متداول در آنها ناکارآمد هستند. این فرایند بدون نیاز به برق یا مواد شیمیایی سمی انجام میشود و پالادیوم بازیابیشده بهطور طبیعی به حالت فلزی کاهش پیدا میکند؛ امری که جداسازی آن را با فیلتراسیون ساده ممکن میسازد. در نتیجه، مصرف انرژی و انتشار کربن در مقایسه با فرایندهای اسیدی قوی بهطور چشمگیری کاهش پیدا میکند.
از نظر عملکرد، این ماده رکوردی قابلتوجه ثبت کرده و ظرفیت جذب آن به ۱٬۹۸۳ میلیگرم بر گرم میرسد. افزون بر این، حتی پس از بیش از ۱۰ چرخه استفاده مجدد، حدود ۹۰ درصد از کارایی خود را حفظ میکند که نشاندهنده پایداری و دوام بالای آن است. ترکیب پالادیوم و نانولایهها دوباره میتواند به کاتالیست تولید هیدروژن تبدیل شود و همین ویژگی، اجرای یک سامانه کامل بازیافت فلزات گرانبها را ممکن میسازد.
این فناوری در دمای اتاق کار میکند و نیازی به فرایندهای پرهزینه دمای بالا یا اسیدهای قوی ندارد. برآوردها نشان میدهد که استفاده از این روش میتواند انتشار کربن را تا ۸۰ درصد یا حتی بیشتر کاهش دهد. نبود نیاز به مصرف برق و قابلیت استفاده چندباره از مواد، بار هزینهای را به حداقل رسانده و ارزش صنعتی آن را بهطور چشمگیری افزایش داده است.
دامنه کاربرد این فناوری نیز گسترده ارزیابی میشود. از صنایع پالایش، پتروشیمی و خودروسازی گرفته تا سلولهای سوختی هیدروژنی، همگی میتوانند از این کاتالیست بهره ببرند. افزون بر آن، بازیافت پالادیوم موجود در زبالههای الکترونیکی مانند تلفنهای هوشمند و بردهای مدار چاپی نیز از دیگر کاربردهای مهم آن به شمار میرود.
پژوهشگران مؤسسه علوم و فناوری کره (KIST) امیدوارند با توسعه بیشتر این فناوری، امکان تصفیه لحظهای پسابهای صنعتی حاوی پالادیوم را فراهم کنند و یک اکوسیستم چرخشی منابع ایجاد شود که در آن، پالادیوم بازیابیشده دوباره بهعنوان کاتالیست و ماده الکترونیکی وارد چرخه تولید گردد. همچنین از طریق انتقال فناوری و تجاریسازی، هدف آنها تقویت خودکفایی داخلی در حوزه بازیافت فلزات گرانبها است. در گامهای بعدی نیز توسعه فناوریهای مشابه برای بازیافت پلاتین، طلا و نقره در دستور کار قرار دارد.
جائهوو چوی در اینباره تأکید کرده است: «این پژوهش یک نقطه عطف فناورانه به شمار میرود که میتواند به خودکفایی نظام گردش منابع کره کمک کند و وابستگی به واردات فلزات گرانبها را کاهش دهد؛ چرا که امکان بازیابی آسان فلزاتی را فراهم میکند که پیشتر در کاتالیستهای مصرفشده یا زبالههای الکترونیکی دور ریخته میشدند.» او همچنین از برنامهریزی برای توسعه یک سامانه بازیافت ماژولار با هدف افزایش ظرفیت تجاریسازی خبر داده است.
جینیانگ کیم نیز توضیح داده است: «ما تأیید کردیم که پالادیوم بازیابیشده تنها یک ماده بازیافتی نیست، بلکه میتواند بهعنوان کاتالیست الکتروشیمیایی برای تولید هیدروژن با بازده بالا به کار رود.» به گفته او، این دستاورد نشان میدهد که پالادیوم میتواند نه بهعنوان یک فلز دورریز، بلکه بهعنوان منبعی چرخشی برای پشتیبانی از تولید انرژی پاک مورد استفاده قرار گیرد.
۵۸۵۸