Forscher der James Cook University haben ein Verfahren zur Synthese von Graphen aus Mandarinenschalenöl entwickelt, das sie dann zur Rückgewinnung von Silber aus PV-Abfallmaterial verwendeten. Um die Qualität des zurückgewonnenen Silbers und des synthetisierten Graphens zu demonstrieren, stellten sie einen Dopaminsensor her, der Berichten zufolge die Leistung von Referenzgeräten übertraf.
Ein Team der australischen James Cook University hat „freistehende“ Graphen unter Verwendung von ungiftigem und erneuerbarem Mandarinenschalenöl, das Berichten zufolge zur Rückgewinnung von Silber aus alten organischen PV-Geräten verwendet werden kann.
„Das Ergebnis war nicht nur qualitativ hochwertiges Graphen, sondern zeigte auch eine bemerkenswerte Fähigkeit, selektiv Silber aus Photovoltaik-Abfällen zurückzugewinnen. Eine der überraschendsten Erkenntnisse war, wie außergewöhnlich selektiv das Graphen bei der Gewinnung von Silber war“, sagte der korrespondierende Autor Mohan Jacob. pv Magazin.
Die Qualität sowohl der zurückgewonnenen als auch der synthetisierten Materialien wurde dann in einem mit Silber verstärkten SPE-Dopaminsensorgerät demonstriert, das zwei Referenz-Dopaminsensoren, die ohne das Silber-Graphen-Komposit hergestellt wurden, übertraf.
Graphensynthese
Das Team begann die Forschung mit der Synthese von Graphen „unter Verwendung von nachgeschaltetem Mikrowellenplasma“ unter atmosphärischen Bedingungen. „Die Hauptkomponenten des Systems umfassen einen 2.45 GHz-Mikrowellengenerator, ein Anpassungsnetzwerk, ein Kühlsystem und eine Reaktionskammer“, heißt es.
Eine Raman-Spektrum-Analyse des Graphens zeigte „einen charakteristischen 2D-Peak“ bei Mikrowellenleistungen zwischen 200 W und 1000 W. „Die Bilder der Transmissionselektronenmikroskopie zeigten einen Zwischengitterabstand von 0.34, was dem Wert der Röntgenbeugung entspricht, der nach dem Braggschen Gesetz berechnet wurde“, sagte das Team.
Silberrückgewinnung aus PV
Anschließend gewann das Team Silber aus organischen PV-Geräten durch Auslaugen in einer Salpetersäurelösung zurück. Die PV-Beschichtung enthielt Indiumzinnoxid (ITO), Zinkoxid (ZnO), Molybdänoxid (MoO3) und Silber (Ag).
Nach Abschluss der Auslaugung wurde die Lösung abgekühlt und als Stammlösung verwendet, um ein mit Graphen beschichtetes SPE herzustellen. „Nach 10 Minuten galvanischer Abscheidung sank die Ag-Konzentration leicht auf 1.69 ppm. Dieser Rückgang deutet darauf hin, dass während des elektrochemischen Prozesses einige Ag-Ionen reduziert und auf der Elektrodenoberfläche abgelagert wurden. Nach 20 Minuten galvanischer Abscheidung sank die Ag-Ionenkonzentration weiter auf 1.62 ppm, was auf eine kontinuierliche Verringerung der Ag-Ionenkonzentration hindeutet“, so die Wissenschaftler.
„Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eine längere Dauer der galvanischen Abscheidung zu einer weiteren Reduzierung der Silberkonzentration führen kann.“ Die Ag-Abscheidung wurde mittels zyklischer Voltammetrie bestätigt.
„Trotz der Anwesenheit verschiedener anderer Verbindungen in der PV-Abfalllösung zeigte das Graphen eine außergewöhnliche Fähigkeit, Silber mit hoher Präzision zu isolieren und zurückzugewinnen. Dieser doppelte Vorteil, wertvolles Graphen herzustellen und gleichzeitig selektiv Silber aus einer komplexen Mischung zurückzugewinnen, war ein aufregendes und etwas unerwartetes Ergebnis“, sagte Mohan.
Das Team erklärte, dass die Studie „die bemerkenswerte Wirksamkeit“ von Graphen bei der Rückgewinnung wertvoller Metalle wie Silber aus Elektroschrott hervorhebt.
„Wir haben uns für die Demonstration mit PV-Abfällen entschieden, da Photovoltaikabfälle aufgrund der zunehmenden Nutzung von Solarenergie ein schnell wachsendes Problem darstellen. Die Entsorgung von PV-Modulen, die wertvolle Metalle wie Silber enthalten, stellt sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Herausforderungen dar. Indem wir uns auf PV-Abfälle konzentrierten, wollten wir eine nachhaltige Lösung entwickeln, die dem dringenden Bedarf an effektiven Recyclingmethoden gerecht wird und gleichzeitig wertvolle Ressourcen zurückgewinnt“, sagte Jacob.
Demonstration des Dopaminsensors
Um die Qualität des Verbundmaterials in einer realen Anwendung zu veranschaulichen, fertigte das Team einen Graphen-Silber-Elektrodendetektor (SPE/Graphen-Ag) und verglich ihn mit einem bloßen SPE-Detektor und einem Graphen/SPE-Detektor. Die Testergebnisse zeigten, dass die SPE/Graphen-Ag-Elektrode im Vergleich zu den beiden anderen Proben eine „signifikante Verbesserung des Spitzenstroms“ aufwies.
Die Forscher schlugen weitere Anwendungsmöglichkeiten für Graphen-Silber-Verbundstoffe vor, darunter korrosionsbeständige Beschichtungen, leitfähige Tinten für den Einsatz in flexiblen Geräten in der Elektronikindustrie, antimikrobielle Beschichtungen für die Verwendung in der biomedizinischen Industrie sowie Sensoren zur Erkennung von Gasen, Biomolekülen und Schadstoffen.
Ihre Arbeit wird im Artikel „Grüne Synthese von Graphen zur gezielten Rückgewinnung von Silber aus Photovoltaikabfällen“ ausführlich beschrieben, der in Chemosphäre.
Die Resonanz auf die Forschung war bisher positiv. „Unsere Arbeit ist gerade online gegangen und wir sind überwältigt von der Resonanz unserer Kollegen und ihrem Interesse an unserer Forschung“, sagte Jacob und fügte hinzu, dass die Gruppe ermutigendes Feedback über die „breitere Anwendbarkeit und potenzielle Wirkung“ der Arbeit in den Bereichen Batterie- und Elektronikschrott erhalten habe.
Die nächsten Schritte des Teams bestehen darin, den Prozess der grünen Synthese zu optimieren, um seine Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Ziel ist es, einen Prozess zu entwickeln, der in die bestehende PV-Recycling- und Elektroschrott-Infrastruktur integriert werden kann. „Wir prüfen aktiv die Kommerzialisierung, um diese Fortschritte auf den Markt zu bringen und einen bedeutenden Einfluss auf die Branche auszuüben“, sagte Jacob. „Wir prüfen auch Partnerschaften mit Branchenvertretern und Investoren, um Implementierungen in größerem Maßstab zu testen.“
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Quelle aus pv Magazin
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