Recovery of precious metals from E-waste by membranes of nanocellulose and porous organic polymers (ReNaPOP)

kau.se

Simple search

Advanced search -
Research publications Advanced search -
Student theses Statistics

Change search

ExportLink to record

Permanent link

Direct link

http://kau.diva-portal.org/smash/project.jsf?pid=project:8833

BETA

Project

Project type/Form of grant

Project grant

Title [sv]

Återvinning av ädelmetaller från elavfall genom membran av nanocellulosa och porösa organiska polymerer

Title [en]

Recovery of precious metals from E-waste by membranes of nanocellulose and porous organic polymers (ReNaPOP)

Abstract [sv]

Den ständigt växande produktionen av elektronikprodukter genererar stora mängder elavfall. 2021 genererades globalt 57,4 miljoner ton elavfall, vilket motsvarar 7,3 kg per capita. Merparten av världens elavfall dumpas eller bränns och endast 20% återvinns på ett ansvarsfullt sätt. FN rapporterar att värdet av guld, platina och palladium och andra ädelmetaller i elavfall som årligen dumpas överstiger 10 miljarder usd. Än värre är att bristfällig hantering av elavfall riskerar att orsaka miljö- och hälsofarliga utsläpp av kvicksilver, bly, kadmium och andra tungmetaller till luft, mark eller grundvatten. Europaparlamentet godkände 2012 ett nytt direktiv för hantering av elavfall, med målsättningen att öka återvinningsgraden. Europa har för tillfället den högsta återvinningsgraden i världen, men inte ens hälften av Europas elavfall återvinns på ett hållbart sätt. Detta på grund av att nuvarande återvinningsprocesser är både dyra och problematiska ur ett miljöhänseende. Därför är det angeläget att utveckla ny avancerad teknik för återvinning av elavfall. Detta kommer att kunna ge både ekonomiska och miljömässiga vinster och bli ett betydelsefullt steg mot ett hållbart samhälle och en cirkulär ekonomi.Mot denna bakgrund är projektets målsättning att utveckla membran designade för att utvinna ädelmetaller ur elavfall genom att effektivt binda ädelmetalljoner från vattelösning med ultralåg koncentration. Membranen kommer att konstrueras av de förnyelsebara råmaterial, cellulosa och smarta porösa polymerer, och kan därför produceras med minimalt miljö- och klimatavtryck. Lägg märke till att denna typ av membran förväntas kunna binda ädelmetaller värda 30 gånger membranets tillverkningskostnad. Utvecklingen av membran för att binda ädelmetaller som är hållbara, billiga, effektiva och potentiellt ger stor avkastning då de integreras i elavfallsåtervinningsprocesser, kommer att kunna stimulera tillväxt i återvinningsindustrin och utveckling av relaterade teknologier. Tekniken har stor potential gällande att minska miljö- och hälsoeffekter från bristfällig hantering av elavfall och genom att återvinna värdefulla metaller, minska behovet av att bryta nya råmaterial och miljöproblemen det innebär. Resultatet av detta forskningsprojekt kommer vara av intresse för flera grupper, bland annat tillverkare och återförsäljare av elektronikprodukter, konsumenter och lagstiftare. Dessutom har forskning kring cellulosaprodukter en stark tradition och viktig roll inom Svensk akademi och industri, då Sverige är en av de största cellulosaproducenterna i världen, tack vare den rika skogstillgången. Att kunna nyttja den så vanligt förekommande och bionedbrytbara resursen cellulosa för att tillverka mervärdesprodukter som exempelvis smarta förpackningsmaterial, filter, sorbenter och flexibla substrat är av stor strategisk betydelse för att utveckla ett miljö- och energimässigt hållbart samhälle. Detta projekt kommer att utnyttja kompetens inom materialvetenskap, kemi och nanoteknologi för att framställa cellulosabaserade nanokompositer för avancerade tillämpningar, vilket stärker svensk forskning inom dessa områden, skänker nya vetenskapliga insikter och genererar nya forskningsinriktningar. Utvecklingen av ekonomiskt och miljömässigt gynnsamma nanomaterial från cellulosa och funktionella porösa material vore till betydande nytta för att forma ett hållbart samhälle. För att säkerställa att materialen vi ämnar utveckla ska kunna användas industriellt kommer vi under projektet att inleda samarbeten med en stor batteritillverkare som har batteriåtervinning högt på agendan samt med en av Sveriges största aktörer inom miljö- och återvinningsbranschen. Dessutom är vår förhoppning att detta projekt ska kunna agera som en inkubator för industrialiseringen av hållbara nanokompositer, vilket skulle främja storskalig tillverkning av dessa material och underlätta nya kommersiella tillämpningar inom många områden där hållbarhet är i fokus.

Abstract [en]

The project will develop sustainable adsorbents and membranes that are suitable for efficient recovery of precious metals from E-waste. Specifically, we will design and synthesize a range of porous organic polymers (POPs) with ionic structure, high specific surface area, tuneable pore size, and rich surface functionalities that are able to capture metal ions (e.g., [AuCl4]−, [PdCl4]2−, [PtCl4]2−) from aqueous solution with high adsorption capacity and selectivity. The POPs will be synthesized using inexpensive monomers and biomolecules to lower production costs and promote the sustainability of material manufacturing. In addition, we will develop nanoengineering techniques to fabricate the POPs into freestanding membranes on a cellulose nanofiber substrate, which aims at overcoming the longstanding challenges in processing POPs for the development of their practical applications in adsorption and separation. The structure of the membranes will be tailored at the nanoscale to regulate their overall properties and to optimize their performances (e.g., adsorption capacity, selectivity, kinetic, recyclability) in metal recovery, aiming to reach a fundamental understanding of the structure-property-function relationships. To ensure industrial feasibility of the membranes we will initiate collaborations with a battery producer with strong focus on recoverability and with one of the largest players in the environmental and recycling business.