راهنماتو - محققان MIT یک روش جدید برای تصفیه ضایعات تولید آلومینیوم توسعه دادهاند که با استفاده از غشاهای نانو میتواند یونهای آلومینیوم را از ضایعات جدا کرده و دوباره استفاده کند.
به گزارش راهنماتو، این تکنیک دانشگاه MIT باعث کاهش هدررفت آلومینیوم و بهبود شرایط زیستمحیطی ضایعات میشود و همچنین نیاز به استخراج آلومینیوم جدید را کاهش میدهد.
آلومینیوم، دومین فلز پرمصرف در جهان پس از فولاد، در صنایع مختلفی از قبیل تولید قوطیهای نوشابه، فویلها، بردهای مدار چاپی و حتی تقویتکنندههای راکتها به کار میرود. پیشبینی میشود که تا پایان این دهه، تقاضا برای آلومینیوم در سطح جهانی به میزان 40 درصد افزایش یابد. این افزایش شدید تولید، تأثیرات زیستمحیطی آلومینیوم را تشدید خواهد کرد، از جمله آلودگیهایی که در فرآیند تولید آن ایجاد میشود.
محققان دانشگاه MIT در مقاله «New filter captures and recycles aluminum from manufacturing waste» در پی این چالشها، فرآیند نوینی به نام "نانو فیلتراسیون" را برای کاهش ضایعات سمی تولید آلومینیوم توسعه دادهاند. این فناوری میتواند ضایعات حاصل از تولید آلومینیوم را تصفیه کرده و یونهای آلومینیومی که در جریان فاضلاب از دست میروند، بازیابی کند. آلومینیوم بازیابیشده پس از تصفیه میتواند به میزان تولید آلومینیوم افزوده شده و همزمان ضایعات کاهش یابد.
یکی از اعضای تیم تحقیقاتی، ترنت لی، بیان میکند: «ما متوجه شدیم که در کارخانههای سنتی تولید آلومینیوم، حدود 2800 تن آلومینیوم هر ساله هدر میرود. ما به دنبال راههایی برای بهبود کارایی صنعت بودیم و دریافتیم که ضایعات کرایولیت بهطور کافی در زمینه بازیابی مواد تحقیق نشده است.»
نانو فیلتراسیون: راه حلی برای بازیابی آلومینیوم
فرآیند نانو فیلتراسیون توسعهیافته توسط محققان MIT، با استفاده از یک غشا خاص، قادر است یونهای آلومینیوم را از ضایعات کرایولیت جدا کرده و آنها را به چرخه تولید بازگرداند. در این فرآیند، از غشاهایی استفاده میشود که سطح آنها بار منفی دارد. این ویژگی باعث میشود که یونهای مثبت، بهویژه یونهای آلومینیوم، جذب غشا شوند و باقی یونها مانند سدیم که بار مثبت کمتری دارند، عبور کنند.
در آزمایشات آزمایشگاهی، این غشا عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داده است. طبق گفته محققان، غشا توانست بیش از 99 درصد از یونهای آلومینیوم را از محلولهای مشابه به ضایعات تولید آلومینیوم جدا کند.
مدیریت ضایعات تولید آلومینیوم : چالش ها و راهحل ها
تولید آلومینیوم شامل فرآیندهای پیچیدهای است که در آن سنگ معدن بوکسیت از معادن استخراج شده و پس از عبور از چندین واکنش شیمیایی، آلومینا (اکسید آلومینیوم) تولید میشود. این آلومینا به کارخانههای تصفیه ارسال میشود تا در مخازن الکترولیز ذوب شده و آلومینیوم خالص جدا شود. در این فرآیند، محلول کرایولیت که به عنوان حلال عمل میکند، به تدریج آلوده شده و باید تعویض شود. ضایعات کرایولیت، که حاوی یونهای آلومینیوم و سایر ناخالصیها است، به طور معمول به عنوان زباله دفع میشود.
با توجه به این که آلومینیوم یک فلز گرانبهاست و مقدار زیادی از آن به دلیل ضایعات هدر میرود، این فناوری جدید میتواند کمک بزرگی در کاهش این ضایعات باشد. همچنین این فرآیند باعث کاهش نیاز به استخراج آلومینیوم از معادن جدید میشود که خود منبع بزرگی از آلودگیهای زیستمحیطی است.
چگونه غشا نانو به کاهش آلایندهها کمک می کند؟
غشا نانو با استفاده از فناوری پیشرفته برای جداسازی یونهای آلومینیوم از سایر ناخالصیها طراحی شده است. این غشا به گونهای تنظیم شده است که یونهای آلومینیوم با بار مثبت زیاد را از محلولهای آلوده بهطور مؤثری جذب کرده و از عبور سایر یونها مانند سدیم که بار مثبت کمتری دارند، جلوگیری میکند. این غشا در آزمایشهای مختلف، حتی در شرایط اسیدی شدید، توانست 99.5 درصد از یونهای آلومینیوم را بازیابی کند.
این فناوری در مقیاس صنعتی بهویژه در کارخانههای تولید آلومینیوم میتواند از ضایعات موجود در فرآیند تولید، آلومینیوم بازیابیشدهای به دست آورد که بهطور مستقیم به چرخه تولید برگشت داده میشود. این اقدام باعث افزایش بهرهوری و کاهش تولید آلومینیوم جدید میشود که همزمان به حفظ منابع طبیعی و کاهش آلایندهها کمک میکند.
اقتصاد دایره ای برای آلومینیوم
یکی از نکات مهم در این تحقیق، تأکید بر اهمیت ایجاد یک «اقتصاد دایرهای» برای آلومینیوم است. این فناوری نانو فیلتراسیون نه تنها به کاهش ضایعات سمی کمک میکند، بلکه با بازیابی آلومینیوم از ضایعات، نیاز به استخراج جدید این فلز را کاهش میدهد. این فرآیند به نوعی از بهرهبرداری از منابع طبیعی بدون نیاز به استخراج جدید آلومینیوم تبدیل میشود که در راستای ایجاد یک سیستم اقتصادی پایدار و محیطزیستمحور قرار دارد.
جان لیهنارد، استاد مهندسی مکانیک و مدیر آزمایشگاه سیستمهای آب و غذا در MIT، در اینباره میگوید: «این فناوری غشایی نه تنها ضایعات سمی را کاهش میدهد، بلکه با کاهش نیاز به استخراج جدید، به ایجاد یک اقتصاد دایرهای برای آلومینیوم کمک میکند.»
نتیجهگیری
این تحقیقات میتوانند انقلابی در تولید آلومینیوم ایجاد کنند، چرا که نه تنها باعث کاهش ضایعات و آلایندهها میشوند، بلکه روند بازیابی آلومینیوم از ضایعات تولیدی را ممکن میسازند. به گفته محققان، با مقیاسگذاری این فناوری در کارخانههای صنعتی، میتوان شاهد بهبود قابلتوجهی در بهرهوری و کاهش اثرات زیستمحیطی تولید آلومینیوم بود.
مقاله این پژوهش در مجله «ACS Sustainable Chemistry and Engineering» منتشر شده و این نتایج امیدوارکننده میتواند گامی مهم در جهت تأمین نیازهای روزافزون آلومینیوم و در عین حال حفاظت از محیطزیست باشد.
