Исследователи Университета Райса разработали способ ускоренного извлечения сурьмы из огнестойкого пластика, который используют в корпусах электронных устройств. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemical Engineering. Метод позволяет вернуть в оборот около 90% содержащейся в таком пластике сурьмы.
Огнезащитные пластмассы производят с добавлением сурьмы и органических соединений брома. На изготовление этих материалов приходится 39% мировой сурьмы, однако после завершения срока службы электроники значительная часть металла оказывается среди десятков миллионов тонн электронных отходов, ежегодно образующихся в мире.
Главной проблемой при переработке становится отделение сурьмы от пластика. При обычном нагреве металл выделяется в летучей форме, которую трудно собрать, а органические бромиды могут превращаться в опасные соединения. По словам первого автора исследования, аспиранта Университета Райса Лео Хаосина Е, альтернативы вроде сильных кислот, органических растворителей и многоступенчатой обработки связаны с рисками или слишком сложны для практического применения.
Команда Джеймса Тура предположила, что нежелательные реакции возникают из-за медленного нагрева. Учёные адаптировали технологию импульсного джоулева нагрева, при которой материал за миллисекунды разогревается до сотен градусов Цельсия. Измельчённый пластик помещали между двумя листами электропроводящей углеродной бумаги, несколько раз быстро нагревали импульсами, а затем ненадолго выдерживали при высокой температуре, чтобы сурьма испарилась и сконденсировалась в зоне сбора.
Метод изотермически ограниченного импульсного джоулева нагрева испытали на трёх видах огнестойкого пластика: корпусе блока питания, печатной плате и электрическом разъёме. Исследователи извлекли примерно 90% сурьмы, а 83% брома преобразовали в бромоводород. Это неорганическое соединение опасно, но имеет промышленную ценность: его можно уловить с помощью гидроксида натрия и получить стабильную соль. При этом образование органических бромидов резко сократилось, поскольку пластик находился в диапазоне от 200 до 500 градусов Цельсия всего 9,4 миллисекунды.
«Сурьма — важный металл с ограниченными запасами», — отметил профессор химии Университета Райса и руководитель исследования Джеймс Тур. По оценке учёных, к 2030 году объём огнестойких пластиковых отходов в мире достигнет 82 млн метрических тонн, поэтому новая технология может помочь сохранять запасы сурьмы и повторно использовать бромидные соли. Работа получила финансирование Управления научных исследований ВВС США и Инженерно-исследовательского центра Инженерного корпуса армии США; об исследовании сообщается на сайте Университета Райса.