بازیابی نقره از ضایعات PV از طریق گرافن سبز
محققان دانشگاه جیمز کوک فرآیندی را برای سنتز گرافن از روغن پوست نارنگی ایجاد کردهاند که سپس از آن برای بازیابی نقره از مواد PV زباله استفاده کردند. برای نشان دادن کیفیت نقره بازیافت شده و گرافن سنتز شده، آنها یک حسگر دوپامین ساختند که ظاهراً عملکرد بهتری از دستگاه های مرجع داشت.
تیمی از دانشگاه جیمز کوک استرالیا با استفاده از روغن پوست نارنگی غیر سمی و تجدیدپذیر، گرافن «مستقیم» را سنتز کردهاند که طبق گزارشها میتواند برای بازیابی نقره از دستگاههای فتوولتائیک آلی پایان عمر استفاده شود.
نه تنها منجر به تولید گرافن با کیفیت بالا شد، بلکه توانایی قابل توجهی در بازیابی انتخابی نقره از ضایعات فتوولتائیک نیز نشان داد. موهان جاکوب، نویسنده مسئول، به مجله pv گفت: یکی از شگفتانگیزترین یافتهها این بود که گرافن چقدر انتخابی استثنایی در هدف قرار دادن نقره بود.
سپس کیفیت مواد بازیافتی و سنتز شده در یک دستگاه حسگر دوپامین SPE تقویتشده با نقره نشان داده شد که از دو حسگر دوپامین مرجع ساختهشده بدون کامپوزیت گرافن نقره عملکرد بهتری داشت.
سنتز گرافن
این تیم تحقیق را با سنتز گرافن “با استفاده از پلاسمای مایکروویو پایین دست” در شرایط جوی آغاز کرد. اجزای اصلی این سیستم شامل یک ژنراتور مایکروویو ۲٫۴۵ گیگاهرتز، یک شبکه تطبیق، یک سیستم خنک کننده و یک محفظه واکنش است.
تجزیه و تحلیل طیف رامان گرافن “یک پیک مشخصه ۲ بعدی” را در توان مایکروویو بین ۲۰۰ وات و ۱۰۰۰ وات نشان داد. “تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری فاصله بینابینی ۰٫۳۴ را نشان داد که با مقدار پراش پرتو ایکس محاسبه شده از طریق قانون براگ مطابقت داشت. این تیم گفت.
بازیابی نقره از PV
سپس این تیم نقره را از دستگاه های PV آلی از طریق شستشو در محلول اسید نیتریک بازیابی کردند. پوشش PV حاوی اکسید قلع ایندیم (ITO)، اکسید روی (ZnO)، اکسید مولیبدن (MoO3) و نقره (Ag) بود.
پس از اتمام لیچینگ، محلول خنک شد و به عنوان محلول ذخیره برای ایجاد SPE با پوشش گرافن استفاده شد. پس از ۱۰ دقیقه رسوب الکتریکی، غلظت نقره اندکی به ۱٫۶۹ ppm کاهش یافت. این کاهش نشان می دهد که برخی از یون های نقره در طول فرآیند الکتروشیمیایی کاهش یافته و بر روی سطح الکترود رسوب می کنند. پس از ۲۰ دقیقه رسوب الکتریکی، غلظت یون Ag بیشتر به ۱٫۶۲ ppm کاهش یافت که نشان دهنده کاهش مداوم غلظت یون Ag است.
این نتایج نشان میدهد که مدت زمان طولانیتر رسوب الکتریکی ممکن است منجر به کاهش بیشتر غلظت نقره شود. رسوب Ag با تشخیص ولتامتری حلقوی تایید شد.
علیرغم وجود ترکیبات مختلف دیگر در محلول ضایعات PV، گرافن توانایی فوقالعادهای برای جداسازی و بازیابی نقره با دقت بالا از خود نشان داد. موهان گفت: این مزیت دوگانه تولید گرافن ارزشمند در حالی که به طور انتخابی نقره را از یک مخلوط پیچیده بازیابی میکند، یک نتیجه هیجانانگیز و تا حدودی غیرمنتظره بود.
این تیم اظهار داشت که این مطالعه “اثربخشی قابل توجه” گرافن را در بازیابی فلزات ارزشمند مانند نقره از زباله های الکترونیکی برجسته می کند.
ما تصمیم گرفتیم که مواد PV زباله را نشان دهیم زیرا زباله های فتوولتائیک به دلیل پذیرش فزاینده انرژی خورشیدی یک نگرانی در حال رشد است. از بین بردن پانل های PV که حاوی فلزات ارزشمندی مانند نقره هستند، چالش های زیست محیطی و اقتصادی را به همراه دارد. ژاکوب گفت: با تمرکز بر زباله های PV، هدف ما ایجاد راه حلی پایدار است که نیاز فوری به روش های بازیافت موثر را در عین بازیابی منابع ارزشمند برطرف می کند.
نمایش حسگر دوپامین
برای نشان دادن کیفیت مواد کامپوزیت در یک کاربرد واقعی، تیم یک آشکارساز الکترود گرافن نقره (SPE/graphene-Ag) ساخت و آن را با یک آشکارساز SPE برهنه و یک آشکارساز گرافن/SPE مقایسه کرد. نتایج آزمایش نشان داد که الکترود SPE/graphene-Ag “بهبود قابل توجهی در جریان اوج” را در مقایسه با دو نمونه دیگر نشان داد.
کاربردهای دیگر کامپوزیت های گرافن-نقره توسط محققان پیشنهاد شده است، مانند پوشش های مقاوم در برابر خوردگی، جوهرهای رسانا برای استفاده از دستگاه های انعطاف پذیر در صنعت الکترونیک، پوشش های ضد میکروبی برای استفاده در صنایع زیست پزشکی، و همچنین حسگرهایی برای تشخیص گازها، مولکول های زیستی و آلاینده ها می باشد.
(پلاسمای مایکروویو با فشار اتمسفر می تواند گرافن مستقل را در چند ثانیه در شرایط محیطی سنتز کند. تحقیقات اخیر این روش را برای سنتز گرافن مورد بررسی قرار داده است که در عین حال با استفاده از منابع سمی یا غیر قابل تجدید محدود شده است. این مطالعه با هدف جایگزینی پیش سازهای خوش خیم و پایدار برای محیط زیست، سنتز گرافن از روغن پوست نارنگی منقضی شده، یک منبع طبیعی فراوان در سطح جهان، انجام شد. طیف رامان از مواد سنتز شده، پیک دو بعدی مرتبط با گرافن را در توان های مایکروویو نشان داد که بین ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ وات متغیر بود. تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری فاصله بین بافتی ۰٫۳۴ را نشان داد که با مقدار پراش پرتو ایکس محاسبه شده از طریق قانون براگ مطابقت داشت. با این حال، تغییرات حاشیه ای در فاصله شبکه به دلیل حضور گروه های عاملی اکسیژن نیز مشاهده شد. علاوه بر این، گرافن سنتز شده روی یک الکترود چاپ شده با صفحه نمایش برای بازیابی انتخابی نقره از فتوولتائیک های مصرف شده استفاده شد. رویکرد ما برای ایجاد یک کامپوزیت گرافن-نقره به طور مستقیم از مواد زائد، مزایای زیست محیطی، استفاده از منابع، کاهش ضایعات و کاربردهای همه کاره در الکتروشیمی را ارائه می دهد.)
پاسخ به تحقیقات تا به امروز مثبت بوده است. جیکوب گفت: «کار ما به تازگی آنلاین شده است، و ما تحت تأثیر پاسخ همتایان خود و علاقه آنها به تحقیق خود هستیم. زمینه های ضایعات باتری و الکترونیک.
گامهای بعدی این تیم بهینهسازی فرآیند سنتز سبز برای بهبود مقیاسپذیری و قابلیت اقتصادی آن است، با هدف فرآیندی که بتواند در زیرساختهای بازیافت PV و زبالههای الکترونیکی ادغام شود. جیکوب گفت: “ما به طور فعال به دنبال تجاری سازی هستیم تا این پیشرفت ها را به بازار بیاوریم و تاثیر قابل توجهی بر صنعت بگذاریم.” ما همچنین در حال بررسی مشارکت با سهامداران و سرمایه گذاران صنعت برای اجرای آزمایشی در مقیاس بزرگتر هستیم.
نویسنده: دپارتمان خبری آرا نیرو
منبع: مجله فتوولتائیک PV
