Projekti / Programi
Študija novega okolju prijaznega postopka recikliranja plemenitih kovin na podlagi induciranja elektrokemičih potencialov s pomočjo reaktivnih plinov in kapljevin.
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.04 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
Kataliza in reakcijsko inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P401 |
Naravoslovno-matematične vede |
Elektrokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
Recikliranje, korozija, elektrokataliza, plemenite kovine, elektrokemija, reakcijsko inženirstvo
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
30470 |
dr. Nejc Hodnik |
Materiali |
Vodja |
2017 - 2019 |
383 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.968 |
Povzetek
V predlaganem projektu bo dr. Hodnik podrobno raziskoval, na temeljni in praktični ravni, nov način raztapljanja plemenitih kovin, ki ga je nedavno objavil v prestižni reviji Nature Communications in oddal patentno prijavo, kjer je z znanjem o degradaciji platinskih katalizatorjev izumil povsem nov postopek in kemijo raztapljanja platine (Nat. Commun. 2016, 7, 13164). Ta preboj je odprl povsem novo perspektivno področje korozijske elektro-kemije, ki je uporabna za namene recikliranje (hidrometalurgije) in pa tudi za razumevanje in izboljšavo katalizatorjev in ostalih produktov, ki vsebujejo plemenite kovine.
V ta namen bo vodja projekta uporabil opremo Kemijskega inštituta s katero bo na primer lahko izredno natančno spremljal raztapljanje plemenitih kovin in hkrati meril elektrokemijski potencial (elektrokemična pretočna celica sklopljena z ICP-MS) ter vizualno spremljal spreminjanja morfologije, strukture in kompozicije na atomski skali (metoda identične lokacije in in situ tekočinska elektronska mikroskopija). Hkrati pa bo izdelal nov negradinetni merilni reaktor, ki bo omogočal natančno spremljanje dinamike raztapljanja plemenitih kovin (on-line UV-VIS detektor) in porabljanja plinastih reagentov (on-line FTIR detektor). Pogoji merjenja v negradientnem reaktorju bojo prilagojeni tako, da bojo transportni pojavi čim manjši (hitrost reakcije bo neodvisna od hitrosti mešanja merjena, kar bo omogočalo merjenje kinetike reakcij raztapljanja kovin. S temi tehnikami in metodami in še ostalimi (XRD, XPS, BET, ...) bo dr. Hodnik temeljno poglobil znanje o raztapljanju plemenitih kovin in hkrati opredeliti pogoje obratovanja potencialnih komercialnih reaktorjev za namene recikliranja.
Projekt ni le pomemben za razvoj znanosti in stroke, ampak ima direktno aplikacijo pri krožnem gospodarjenju s plemenitimi kovinami, ki ze predstavlja pereč svetovni problem. Evropa recimo 75% odpadne električne in elektronske opreme (7,5 milijonov ton letno), ki vsebuje tudi plemenite kovine, izvozi v države tretjega sveta. Hkrati pa bo vedno večje povpraševanje po visoko tehnoloških, naprednih, zelenih in informacijskih izdelkih, ki vsebujejo plemenite kovine, v prihodnje privedlo do pomanjkanja virov plemenitih kovin. Ker trenutne tehnologije recikliranja bazirajo na izjemno agresivni in "umazani" kemiji, ki je okolju in zdravju škodljiva, je potreba po novem čistem in trajnostnem procesu visoka.
Splošni znanstveni cilj tega projekta je pridobiti boljše razumevanje o novem ne-termodinamskim kinetičnim elektrokemičnem raztapljanju plemenitih kovin induciranim z reaktivnimi plini ali tekočinami z nadaljnjim ciljem uporabe zbranega primernega znanja za zasnovo reaktorja za recikliranje.
Pomen za razvoj znanosti
Ker izluževanje in raztapljanje kovin (PK) na splošno spada pod korozijske oziroma elektrokemične pojave, bi bilo pri iskanju novih strategij raztapljanja plemenitih kovin smotrno uporabiti vso elektrokemično in elektrokatalizno znanje in pristop, ki v zadnjem času doživlja nove preboje. Le ta je bil na žalost pri večini študij do sedaj zapostavljen. Zlatotopka je na primer znana ze iz 14 stoletja kjer so jo uporabljali alkimisti, pa se še sedaj uporablja za rafinacijo PK. Prav zato vodja projekta vidi veliko priložnost v znanju korozije in elektrokatalize, predvsem v stabilnosti elektro-katalizatorjev na podlagi PK, kar je pravzaprav tudi njegova ekspertiza, kjer bi se osnovni pristop »večja odpornost« obrnil k iskanju pogojev, ki »zmanjšujejo odpornost«. To je lepo pokazal v zadnji objavi v prestižni reviji Nature Communications z naslovom "Platinum recycling going green via induced surface potential alteration enabling fast and efficient dissolution" (Vol 7, 2016, št. članka 13164).
Ker tudi ostale PK izkazujejo trantzientno oz prehodno raztapljanje [ChemCatChem 2014 6, 2219] je tu velika priložnost, da se kot prvo pokaže princip tudi za ostale kovine, kot drugo, da se razišče mehanizem in kinetiko in kot tretje, da se naredi reaktor za demonstracijo pilotnega projekta kjer se bo lahko raztopilo PK iz realnih vzorcev. Tako bo tu doprinos na temeljni ravni, kjer se pravzaprav mehanizma prehodnega raztapljanja še ne razume. Le tega pa je potrebno študirati z novimi tehnikami in metodami, na čimer pravzaprav predlagani projekt bazira.
To bo pomembno ne samo za namene raztapljanja (recikliranja), ampak tudi za razumevanje stabilnosti katalizatorjev iz PK. Le to pa je ekspertiza, ki jo dr. Hodnik skupaj z Odsekom za kemijo materialom (prog. Miran Gaberšček) in Odsekom za analizno kemijo preiskuje že več let. Na to temo so skupaj objavili že več kot 15 clankov v A1 revijah med katerimi sta recimo dva v letu 2016 v ACS Catalysis (faktor vpliva 9). Razumevanje zakaj se določen katalizator raztaplja bo koristila pri planiranju novih materialov ali pa pri razumevanju pogojev, ki so potencialno nevarni za določeno PK.
Pomen za razvoj Slovenije
Recikliranje PK je več milijard evrov vreden posel. Po mnenju United Nations Environment Program (UNEP) se recimo zlato, srebro in paladij redko reciklira v Evropi. Vsako leto se na ta način izgubi okoli 5 milijard evrov. Masivna rast v proizvodnji elektronskih izdelkov grozi, da bo teh odpadnih materialov se več in s tem izguba še večja. Z razmahom tehnologije prihodnosti, ki vključujejo gorivne in fotovoltaične celic ter druge električne in elektronske opreme, se bo občutno povečala potreba po plemenitih kovinah. Na primer prodaja mobilnih telefonov je leta 2007 dosegla 1 milijardo. Drugi pomembni izdelek, ki vsebuje PK, je katalitični pretvornik. Uporablja se za čiščenje izpušnih plinov pri skoraj vsakem motorju z notranjim zgorevanjem. Avtomobilska industrija je ena izmed najpomembnejših svetovnih gospodarskih sektorjev glede na prihodek. Z zaostrovanjem standardov za emisije izpušnih plinov katalitični pretvorniki pridobivajo na pomenu. Pred nedavnim je bilo napovedano, da želi Kitajska uvesti višje okoljske standarde za izpušne pline vozil in jih s tem znižati v povprečju za 50% na leto. Tudi če v prihodnje vozila z motorji a notranje izgorevanje zamenjajo električni, obstaja visoka verjetno, da bojo nekateri izmed njih uporabljali nizkotemperaturno gorivno celico, ki vsebuje platino. Tukaj je bilo omenjenih le nekaj primerov, ki pa že nazorno kažejo veliko socialno-ekonomsko in kulturno pomembnost tehnologije recikliranja v bližnji prihodnosti. Tako ima predlagan projekt z novo trajnostno obliko recikliranja velik potencial, da bo pomembno vplival na gospodarstvo in družbo v prihodnosti.
Neizbežen prehod iz linearnega na krožno gospodarstvo bo prisilil vse države Evropske unije, in s tem tudi Slovenijo, da se bo začelo bolj smotrno ravnati s svojimi odpadki. S tem se bomo približali konceptu »zero waste« (nič odpadkov), kjer se bo vse odpadke tretiralo kot surovino za izdelavo novih izdelkov. Tako je na primer reciklaža plemenitih kovin v Evropi in še posebno v Sloveniji, veriga dodane vrednosti zbiranja odpadkov, predelava in proizvodnja izdelkov nepopolna. Na primeru Slovenije je pretrgana ravno na rafinaciji, to je končni obdelavi plemenitih kovin do višje čistosti. Zanimivo je, da ima Slovenija dobro pokritost in veliko število zbiralcev odpadkov, ki vsebujejo plemenite kovine (Snaga javno podjetje, Blok, Dinos, Gorenje surovina družba za predelavo odpadkov, Zeos, itd.). Hkrati pa ima tudi veliko produkcijo izdelkov, ki vsebujejo plemenite kovine (Hidria, Keko, Iskra, Gorenje, Kolektor, Zlatarna Celje, veliko je galvanizacijskih obratov, itd.). Tako je priložnost Slovenije, da s predlagano novo tehnologijo zaključi verigo dodane vrednosti recikliranja odpadkov do čistih plemenitih kovin. S tem bi lahko ustvarili nova delavna mesta, obdržali plemenite kovine znotraj države in postali neodvisni od uvoza ter pripomogli k zmanjšanju izkoriščanja in onesnaževanja držav tretjega sveta kamor se te smeti sedaj izvaža.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
