सार:
उरबाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने एक नया निष्कर्षण अणु विकसित किया है जिसे इलेक्ट्रॉनिक कचरे, खनन रसद और औद्योगिक कचरे से मूल्यवान धातुओं को पुनर्प्राप्त करने के लिए सीधे बिजली द्वारा संचालित किया जा सकता है, और रासायनिक अभिकर्मकों पर पारंपरिक प्रक्रियाओं की निर्भरता को काफी कम किया जा सकता है। यह शोध धातु रीसाइक्लिंग प्रक्रिया को स्वच्छ, सरल और अधिक ऊर्जा कुशल बना सकता है।
स्कूल में केमिकल और बायोमोलेक्युलर इंजीनियरिंग के प्रोफेसर सु ज़ियाओ के नेतृत्व में यह शोध परिणाम "एसीएस एनर्जी लेटर्स" में प्रकाशित किया गया है। अनुसंधान टीम ने पहले इलेक्ट्रॉनिक कचरे से सोना निकालने के लिए 2024 में एक निरंतर इलेक्ट्रोकेमिकल मध्यस्थता वाली तरल-तरल निष्कर्षण तकनीक, ई-एलएलई का प्रस्ताव रखा था। प्रौद्योगिकी दर्शाती है कि बिजली आमतौर पर तरल-तरल निष्कर्षण में आवश्यक बड़ी मात्रा में एसिड और बेस की जगह ले सकती है। तरल-तरल निष्कर्षण एक ऐसी तकनीक है जिसका उपयोग व्यापक रूप से धातुओं को अलग करने और शुद्ध करने के लिए किया जाता है, लेकिन उस समय सिस्टम को पूरे निष्कर्षण चक्र को पूरा करने के लिए अतिरिक्त रासायनिक अभिकर्मकों की आवश्यकता होती थी।
इस बार, शोधकर्ताओं ने निष्कर्षण अणु को संशोधित करके इस शेष रासायनिक चरण को समाप्त कर दिया। उन्होंने एक बहुक्रियाशील अणु डिज़ाइन किया है जो धातु आयनों को चुनिंदा रूप से बांधता है, इसमें एक स्थायी चार्ज होता है, और निष्कर्षण के लिए उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक चरण में स्थिर होता है। चूँकि अणु अपना स्वयं का विद्युत आवेश वहन करता है, शोधकर्ता इसकी प्रतिक्रिया को सीधे बिजली से नियंत्रित कर सकते हैं, जिससे मध्यवर्ती रासायनिक अभिकर्मकों की आवश्यकता समाप्त हो जाती है जो पहले आवश्यक थे।
पेपर के सह-लेखक, पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता डेबोरा श्मिट ने कहा, नए अणु में निर्मित स्थायी चार्ज इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है, जो तरल को प्रवाहकीय बनाता है। इसलिए, रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को रसायनों के बजाय बिजली द्वारा संचालित किया जा सकता है। वह नोट करती हैं कि यह कार्य एक औद्योगिक पृथक्करण प्रक्रिया के पूर्ण विद्युतीकरण को सक्षम बनाता है जो रासायनिक अभिकर्मकों पर बहुत अधिक निर्भर करती है।
सु ज़ियाओ ने कहा: "यह पहली बार है जब हमने इलेक्ट्रोकेमिकल विलायक निष्कर्षण को उस तरीके से चलाया है जिसकी हमने एक बार कल्पना की थी। हम अणु को चार्ज करते हैं, यह धातु को बांधता है और इसे कार्बनिक चरण में लाता है, और फिर बिजली के माध्यम से धातु को छोड़ता है।"
प्रक्रिया को सीधे बिजली से चलाने से, रासायनिक खपत को परिमाण के एक से दो आदेशों तक कम किया जा सकता है, जबकि निष्कर्षण चक्र भी सरल हो जाता है। मध्यवर्ती अभिकर्मकों को बिजली से बदलने से सैद्धांतिक रूप से रासायनिक अपशिष्ट और ऊर्जा खपत दोनों को कम किया जा सकता है।
प्रयोगशाला परीक्षणों में, शोधकर्ताओं ने ई-कचरा लीचेट से चुनिंदा रूप से सोना निकालने के लिए अणु का उपयोग किया। तथाकथित लीचेट अपशिष्ट इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों में कीमती धातुओं को घोलकर बनाया गया एक समाधान है। गोल्ड इस शोध का पहला प्रदर्शन है, लेकिन टीम का बड़ा लक्ष्य अन्य पृथक्करण चुनौतियों के लिए इलेक्ट्रोएक्टिव अर्क विकसित करने के लिए आणविक डिजाइन सिद्धांतों का एक सेट स्थापित करना है।
पेपर के सह-लेखक और स्नातक छात्र एड्रीजेक अगुडा ने कहा कि इस प्रणाली को विभिन्न उच्च-मूल्य वाली धातुओं की चयनात्मक पुनर्प्राप्ति के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जैसे खर्च किए गए ऑटोकैटलिस्ट्स से प्लैटिनम समूह धातुओं की पुनर्प्राप्ति, और पूंछ या अन्य जटिल कच्चे माल से कई प्रमुख तत्वों की पुनर्प्राप्ति। क्योंकि इलेक्ट्रोकेमिकल प्लेटफ़ॉर्म स्वयं अनिवार्य रूप से अपरिवर्तित रहता है, शोधकर्ता अलग-अलग अनुप्रयोग आवश्यकताओं के आधार पर विभिन्न धातुओं को लक्षित करने के लिए निकालने वाले की रासायनिक संरचना को समायोजित कर सकते हैं।
सु जिओ ने कहा कि यह शोध ऐसी प्रणालियों को समझने और डिजाइन करने के लिए एक बुनियादी रास्ता खोलता है। अगले चरण में, टीम इस तकनीक के विकास को औद्योगिक पैमाने के अनुप्रयोगों में बढ़ावा देने पर ध्यान केंद्रित करेगी, जबकि अधिक आणविक डिजाइन समाधान विकसित करना जारी रखेगी, और नए निष्कर्षण एजेंटों की स्क्रीनिंग और खोज में तेजी लाने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग और कृत्रिम बुद्धिमत्ता में सहयोग की मांग करेगी।
सु जिओ ने कहा कि जैसे-जैसे महत्वपूर्ण खनिज संसाधनों और आपूर्ति श्रृंखला के मुद्दों पर ध्यान बढ़ रहा है, इस उपलब्धि से पता चलता है कि इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में स्केलेबल, कम-अपशिष्ट पृथक्करण तकनीक प्रदान करने और लोगों को स्वच्छ, पूरी तरह से विद्युतीकृत तरीके से धातुओं को रीसायकल करने के तरीके पर पुनर्विचार करने के लिए प्रोत्साहित करने की क्षमता है।
शोध पत्र का शीर्षक "चयनात्मक रेडॉक्स सक्रिय यौगिकों को निश्चित शुल्क प्रदान करके तरल-तरल निष्कर्षण का प्रत्यक्ष विद्युतीकरण" है और इसे 7 जुलाई, 2026 को "एसीएस एनर्जी लेटर्स" में प्रकाशित किया गया था। डीओआई 10.1021/acsenergylett.6c01434 है। अनुसंधान को अमेरिकी ऊर्जा विभाग के विज्ञान कार्यालय के बुनियादी ऊर्जा विज्ञान प्रभाग और पृथक्करण विज्ञान कार्यक्रम, परियोजना संख्या DE-SC0025636 द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
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