Recupero dell’argento dai rifiuti fotovoltaici grazie al grafene verde

Un team della James Cook University australiana ha sintetizzato grafene “indipendente” utilizzando olio di buccia di mandarino non tossico e rinnovabile che, secondo quanto riferito, può essere utilizzato per il recupero dell’argento dai dispositivi fotovoltaici organici a fine vita.

“Non solo si è ottenuto grafene di alta qualità, ma si è anche dimostrata una notevole capacità di recuperare selettivamente l’argento dai rifiuti fotovoltaici. Una delle scoperte più sorprendenti è stata l’eccezionale selettività del grafene nel colpire l’argento”, ha dichiarato a pv magazine l’autore corrispondente Mohan Jacob.

La qualità dei materiali recuperati e sintetizzati è stata poi dimostrata in un dispositivo SPE con sensore di dopamina potenziato con argento, che ha superato due sensori di dopamina di riferimento realizzati senza il composito di grafene e argento.

Sintesi del grafene

Il team ha iniziato la ricerca sintetizzando il grafene “utilizzando un plasma a microonde a valle” in condizioni atmosferiche. “I componenti principali del sistema comprendono un generatore di microonde a 2,45 GHz, una rete di accoppiamento, un sistema di raffreddamento e una camera di reazione”.

L’analisi dello spettro Raman del grafene ha mostrato “un picco 2D caratteristico” a potenze di microonde comprese tra 200 W e 1000 W. “Le immagini della microscopia elettronica a trasmissione hanno rivelato una spaziatura interstiziale di 0,34, che corrisponde al valore della diffrazione dei raggi X calcolato attraverso la legge di Bragg”, ha dichiarato il team.

Recupero dell’argento dal fotovoltaico

Il team ha poi recuperato l’argento dai dispositivi fotovoltaici organici mediante lisciviazione in una soluzione di acido nitrico. Il rivestimento fotovoltaico conteneva ossido di indio-stagno (ITO), ossido di zinco (ZnO), ossido di molibdeno (MoO3) e argento (Ag).

Al termine della lisciviazione, la soluzione è stata raffreddata e utilizzata come soluzione di riserva per creare uno SPE rivestito di grafene. “Dopo 10 minuti di elettrodeposizione, la concentrazione di Ag è leggermente diminuita a 1,69 ppm. Questa diminuzione suggerisce che alcuni ioni Ag sono stati ridotti e depositati sulla superficie dell’elettrodo durante il processo elettrochimico. Dopo 20 minuti di elettrodeposizione, la concentrazione di ioni Ag è ulteriormente diminuita a 1,62 ppm, indicando una continua riduzione della concentrazione di ioni Ag”, hanno dichiarato gli studiosi.

“Questi risultati suggeriscono che una durata maggiore dell’elettrodeposizione può portare a un’ulteriore riduzione della concentrazione di argento”. La deposizione di Ag è stata confermata con il rilevamento voltammetrico ciclico.

“Nonostante la presenza di vari altri composti nella soluzione dei rifiuti fotovoltaici, il grafene ha mostrato una straordinaria capacità di isolare e recuperare l’argento con elevata precisione. Questo duplice vantaggio di produrre grafene di valore e di recuperare selettivamente l’argento da una miscela complessa è stato un risultato entusiasmante e in qualche modo inaspettato”, ha dichiarato Mohan.

Il team ha dichiarato che lo studio “evidenzia la notevole efficacia” del grafene nel recupero di metalli preziosi come l’argento dai rifiuti elettronici.

“Abbiamo scelto di effettuare la dimostrazione con materiale fotovoltaico di scarto perché i rifiuti fotovoltaici sono un problema in rapida crescita a causa della crescente adozione dell’energia solare. Lo smaltimento dei pannelli fotovoltaici, che contengono metalli preziosi come l’argento, pone sfide sia ambientali che economiche. Concentrandoci sui rifiuti fotovoltaici, abbiamo cercato di sviluppare una soluzione sostenibile che rispondesse all’urgente necessità di metodi di riciclaggio efficaci, recuperando al contempo risorse preziose”, ha dichiarato Jacob.

Dimostrazione del sensore di dopamina

Per illustrare la qualità del materiale composito in un’applicazione reale, il team ha realizzato un rilevatore con elettrodo di grafene-argento (SPE/grafene-Ag) e lo ha confrontato con un rilevatore SPE nudo e un rilevatore grafene/SPE. I risultati dei test hanno mostrato che l’elettrodo SPE/grafene-Ag ha mostrato un “significativo miglioramento della corrente di picco” rispetto agli altri due campioni.

I ricercatori hanno suggerito altre applicazioni dei compositi grafene-argento, come rivestimenti resistenti alla corrosione, inchiostri conduttivi per l’uso di dispositivi flessibili nell’industria elettronica, rivestimenti antimicrobici per l’uso nelle industrie biomediche e sensori per rilevare gas, biomolecole e sostanze inquinanti.

Il loro lavoro è illustrato nel documento “Green synthesis of graphene for targeted recovery of silver from photovoltaic waste”, pubblicato su Chemosphere.

La risposta alla ricerca è stata finora positiva. “Il nostro lavoro è appena stato messo online e siamo sopraffatti dalla risposta dei nostri colleghi e dal loro interesse per la nostra ricerca”, ha dichiarato Jacob, aggiungendo che il gruppo ha ricevuto un feedback incoraggiante sulla “più ampia applicabilità e sul potenziale impatto” del lavoro nei campi delle batterie e dei rifiuti elettronici.

I prossimi passi del team sono l’ottimizzazione del processo di sintesi verde per migliorarne la scalabilità e la fattibilità economica, con l’obiettivo di ottenere un processo che possa essere integrato nelle infrastrutture esistenti per il riciclaggio del fotovoltaico e dei rifiuti elettronici. “Stiamo cercando attivamente la commercializzazione per portare questi progressi sul mercato e avere un impatto significativo sul settore”, ha dichiarato Jacob. “Stiamo anche esplorando partnership con stakeholder del settore e investitori per pilotare implementazioni su larga scala”.

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