I ricercatori della James Cook University hanno sviluppato un processo per sintetizzare il grafene dall’olio di buccia di mandarino, che hanno poi utilizzato per recuperare l’argento dai materiali fotovoltaici di scarto. Per dimostrare la qualità dell’argento recuperato e del grafene sintetizzato, hanno realizzato un sensore della dopamina che, secondo quanto riferito, ha sovraperformato i dispositivi di riferimento.
Un team della James Cook University australiana ha sintetizzato il concetto di “freestanding” grafene utilizzando olio di buccia di mandarino non tossico e rinnovabile che, secondo quanto riferito, può essere utilizzato per il recupero dell’argento da dispositivi fotovoltaici organici a fine vita.
“Non solo ha prodotto grafene di alta qualità, ma ha anche dimostrato una notevole capacità di recuperare selettivamente l’argento dai rifiuti fotovoltaici. Una delle scoperte più sorprendenti è stata quanto eccezionalmente selettivo fosse il grafene nel prendere di mira l’argento”, ha detto l’autore corrispondente Mohan Jacob rivista pv.
La qualità sia dei materiali recuperati che di quelli sintetizzati è stata poi dimostrata in un dispositivo sensore della dopamina SPE potenziato con argento, che ha sovraperformato due sensori della dopamina di riferimento realizzati senza il composito di grafene argento
Sintesi del grafene
Il team ha iniziato la ricerca sintetizzando il grafene “utilizzando plasma a microonde a valle” in condizioni atmosferiche. “I componenti principali del sistema includono un generatore di microonde da 2.45 GHz, una rete di adattamento, un sistema di raffreddamento e una camera di reazione”, ha affermato.
Un'analisi dello spettro Raman del grafene ha mostrato "un caratteristico picco 2D" 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 corrispondeva al valore della diffrazione dei raggi X calcolata attraverso la legge di Bragg ", ha detto la squadra.
Recupero argento da 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).
Una volta completata la lisciviazione, la soluzione è stata raffreddata e utilizzata come soluzione madre 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 venivano ridotti e depositati sulla superficie dell'elettrodo durante il processo elettrochimico. Dopo 20 minuti di elettrodeposizione, la concentrazione di ioni Ag è ulteriormente scesa a 1.62 ppm, indicando una riduzione continua della concentrazione di ioni Ag”, hanno affermato gli accademici.
“Questi risultati suggeriscono che una durata più lunga dell’elettrodeposizione può portare a un’ulteriore riduzione della concentrazione di argento”. La deposizione di Ag è stata confermata con 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 prezioso grafene e al contempo recuperare selettivamente l’argento da una miscela complessa è stato un risultato entusiasmante e alquanto inaspettato”, ha affermato Mohan.
Il team ha affermato che lo studio “evidenzia la notevole efficacia” del grafene nel recupero di metalli preziosi come l’argento dai rifiuti elettronici.
“Abbiamo scelto di dimostrare con materiale fotovoltaico di scarto perché i rifiuti fotovoltaici sono una preoccupazione 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 mirato a sviluppare una soluzione sostenibile che risponda all’urgente necessità di metodi di riciclaggio efficaci recuperando risorse preziose”, ha affermato Jacob.
Dimostrazione del sensore della dopamina
Per illustrare la qualità del materiale composito in un’applicazione reale, il team ha realizzato un rilevatore di elettrodi di grafene-argento (SPE/grafene-Ag) e lo ha confrontato con un rilevatore SPE nudo e un rilevatore di grafene/SPE. I risultati dei test hanno mostrato che l’elettrodo SPE/grafene-Ag ha mostrato un “miglioramento significativo 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'utilizzo di dispositivi flessibili nell'industria elettronica, rivestimenti antimicrobici per l'uso nelle industrie biomediche, nonché sensori per rilevare gas, biomolecole e inquinanti.
Il loro lavoro è dettagliato nel documento “Sintesi verde del grafene per il recupero mirato dell’argento dai rifiuti fotovoltaici”, pubblicato nel Chemosphere.
La risposta alla ricerca fino ad oggi è stata 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 affermato Jacob, aggiungendo che il gruppo ha ricevuto feedback incoraggianti sulla "più ampia applicabilità e sul potenziale impatto" del lavoro in i settori delle batterie e dei rifiuti elettronici.
I prossimi passi per il team sono l’ottimizzazione del processo di sintesi verde per migliorarne la scalabilità e la fattibilità economica, puntando a un processo che possa essere integrato nell’infrastruttura esistente di riciclaggio fotovoltaico e di rifiuti elettronici. “Stiamo esaminando attivamente la commercializzazione per portare questi progressi sul mercato e avere un impatto significativo sul settore”, ha affermato Jacob. “Stiamo anche esplorando partnership con stakeholder e investitori del settore per pilotare implementazioni su larga scala”.
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Fonte da rivista pv
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