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May 07, 2024

과학자들은 E 문제를 해결하기 위해 그라인더를 설계합니다.

사진: Siddharth Kankaria/Research Matters '스마트'하기 위해 버린 휴대폰이나 몇 년 전에 버린 데스크톱 컴퓨터에 무슨 일이 일어났는지 궁금한 적이 있습니까? 글쎄, 당신은 그것들을 쓰레기통에 넣었습니다.

사진: Siddharth Kankaria/연구 사항

'스마트'하기 위해 버린 휴대폰이나 몇 년 전에 버린 데스크톱 컴퓨터에 무슨 일이 일어났는지 궁금한 적이 있습니까? 글쎄, 당신은 그것들을 쓰레기통에 넣었습니다. 전 세계의 수많은 다른 사람들도 마찬가지였으며, 2013년에만 무려 5천만 톤에 달하는 전자 폐기물이 발생했습니다. 2030년까지 우리의 전자 폐기물은 연간 10억 톤에 달할 것으로 예상됩니다. 이는 전 세계에서 재배되는 쌀의 양보다 많습니다!

오늘날 발생하는 전자 폐기물(e-폐기물)의 12.5%만이 재활용됩니다. 문자 그대로 이 문제를 해결하기 위해 전자 폐기물을 재활용하는 우아하고 간단한 방법을 제안하는 최근 인도-미국 연구는 이를 나노입자로 분쇄하는 것입니다. 인도 과학 연구소의 재료 공학 및 항공 우주 공학과의 Kamanio Chattopadhyay 교수와 D. Roy Mahapatra 교수가 미국 라이스 대학의 연구원들과 협력하여 진행한 이 연구는 전자 폐기물 재활용을 쉽고 간단하며 효율적으로 만들 수 있습니다. 완벽한.

유엔의 StEP 이니셔티브는 전자 폐기물을 재사용 의도 없이 소유자가 폐기물로 폐기한 모든 전기 및 전자 장비 품목과 해당 부품을 포괄하는 것으로 정의합니다. 냉장고, 스크린/모니터, 램프, 세탁기, 계산기, 토스터기, 휴대폰, 컴퓨터 등은 결국 '전자 폐기물'이 됩니다.

전자 폐기물 재활용의 주요 과제는 이러한 모든 장치에 존재하는 전자 인쇄 회로 기판(PCB)에 납, 수은, 비소와 같은 생명을 위협하는 중금속이 포함되어 있다는 것입니다. 따라서 이러한 유해 화학물질을 분해, 분해, 정제하여 분리하는 특정 경로를 통해 재활용되어야 합니다.

"재활용 과정의 복잡성과 필요한 에너지 양은 경제적으로 실현 가능하지도 않고 환경 친화적이지도 않습니다"라고 해당 연구의 주요 저자이자 연구원인 Chandra Sekar Tiwary 박사는 지적합니다.

오늘날 전자 폐기물을 재활용하는 데 두 가지 일반적인 방법이 사용되고 있습니다. 첫 번째 방법에서는 전자 폐기물을 태우고 분쇄하여 PCB의 유기 고분자를 파괴하고 금속과 세라믹을 회수 및 재활용합니다. 연소 과정에서 독성 화학 물질이 공기 중에 방출되어 공기를 오염시킵니다. 두 번째 방법에서는 PCB를 작은 조각으로 분쇄한 후 열과 화학 물질로 처리하여 금속을 추출합니다. 작은 조각의 크기는 약 1cm이므로 생성된 금속은 서로 반응하여 순수한 형태로 추출할 수 없으므로 재활용이 제한됩니다. 극도의 열과 화학물질이 필요하기 때문에 이 공정에는 비용이 많이 듭니다.

본 연구의 연구자들은 IISc에서 자체 개발한 저온 분쇄기인 크라이오밀(cryo-mill)을 사용하여 PCB를 나노 크기 입자로 분쇄할 것을 제안합니다. 저온에서 이런 방식으로 분쇄하면 유해 가스가 배출되지 않습니다. 금속 간의 화학 반응을 방지하고 유기 고분자를 유지하므로 고분자, 산화물 및 금속의 완전한 분리 및 재사용이 가능합니다. 금속은 재활용되고 유기 폴리머는 폴리머 나노복합체와 같은 인공 재료를 생산하기 위한 출발 물질로 사용됩니다. "우리 솔루션의 가장 좋은 점은 아무것도 폐기하지 않고 100% 사용한다는 점입니다. 이는 환경에 매우 중요합니다."라고 Tiwary 박사는 말합니다.

이 연구는 또한 분말 형태의 PCB를 재활용하는 두 가지 방법에 대해 자세히 설명합니다. 첫 번째 방법에서는 분말을 물과 혼합하여 명확하게 분리 가능한 두 개의 층, 즉 부유층과 퇴적층을 형성합니다. 나노 크기의 입자가 있는 부유층이 더 희석되면 입자가 용액 전체에 고르게 분포되어 콜로이드를 형성합니다. 이 콜로이드는 인쇄 잉크와 폴리머 기반 페인트를 제조하는 데 사용할 수 있습니다. 망간, 규소, 납, 주석, 구리, 코발트 및 칼슘의 산화물과 은, 금, 주석, 납, 구리, 알루미늄 및 니켈과 같은 금속이 퇴적층에서 발견되며 순수한 형태로 추출될 수 있습니다.

두 번째 재사용 방법에서는 나노크기 입자를 사용하여 폴리머를 강화하고 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 연구팀은 일반적으로 사용되는 폴리머인 에폭시 수지에 이러한 나노입자를 추가하여 동일한 결과를 입증했습니다. "나노입자를 혼합하면 강도가 향상되었습니다"라고 Tiwary 박사는 말합니다.