Elektroniikkajätteen sisältämien jalometallien talteenotto biosorptiolla

Abstract

Elektroniikkajäte on hyvin heterogeeninen seos erilaisia jätefraktiota, ja monet elektroniset laitteet sisältävät arvokkaita jalometalleja. Elektroniikkajätteen jalometalleja otetaan talteen erilaisilla tekniikoilla, kuten hydro- ja pyrometallurgisilla prosesseilla. Ongelmana näissä perinteisissä talteenottotekniikoissa on se, että ne ovat usein ympäristölle haitallisia ja myös kalliita ylläpitää. Biologiset talteenottoprosessit, kuten biosorptio ja bioliuotus ovat vaihtoehtoja hydro- ja pyrometallurgisille prosesseille.

Biosorptio on talteenottoprosessi, jossa biologisen materiaalin avulla suoritetaan erilaisten aineiden poistaminen liuoksesta. Tyypillisesti kyseessä on vesiliuos, josta poistetaan esimerkiksi metalli-ioneja. Biosorptio tapahtuu yleensä erilaisten adsorptiomekanismien avulla biosorbenttiin, esimerkkejä biosorption adsorptiomekanismeista ovat ioninvaihto sekä fysikaalinen adsorptio. Biosorbentteina voidaan käyttää hyvin monenlaisia biologisia materiaaleja, kuten bakteereita tai kananmunan kuoria.

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on selvittää, kuinka biosorptio soveltuu elektroniikkajät-teen sisältämien jalometallien talteenottoon. Lisäksi työssä arvioidaan biosorption mahdollisia käytön rajoituksia. Biosorptiota myös verrataan perinteisiin jalometallien talteenottotekniikoihin, sekä pohditaan erilaisten prosessien etuja ja heikkouksia. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena.

Työn esimerkkijätefraktioksi valittiin piirilevy, koska se sisältää jalometalleja korkeissa pitoisuuksissa. Jalometallien talteenottoa piirilevyistä on tutkittu laajasti. Esimerkkinä biosorptiolla talteenotettavasta jalometallista on palladium, joka on hyvin arvokas jalometalli, ja sen biosorptiota on tutkittu etenkin viime vuosina. Palladium otetaan tyypillisesti talteen vesiliuoksesta Pd(II)-ionina, ja biosorption onnistumisen kannalta on tärkeää, että pH pysyy happaman puolella. Palladiumin biosorption mekanismeja ovat esimerkiksi mikrosaostuminen ja kompleksin muodostus. Mikrosaostumisessa biosorbentin aineenvaihduntatuotteet ja metallikationit voivat muodostaa liuokseen liukenemattomia molekyyliryhmittymiä. Kompleksiyhdiste muodostuu metallikationista, ja sitä ympäröivistä ligandeista. Kompleksi voi sitoutua biosorbenttisolun pinnalle.

Biosorptioprosessin merkittävänä etuna on se, että sitä voidaan muokata talteenotettavan metalli-ionin ominaisuuksien mukaisesti. On mahdollista muokata esimerkiksi biosorbentin mekaanista jäykkyyttä tai luoda kokonaan uudenlainen biosorbentti, joka on suunniteltu tietyn jalometalli-ionin talteenottoon. Lisäksi erilaisia olosuhdetekijöitä, kuten lämpötilaa voidaan optimoida biosorbentin ja metalli-ionin ominaisuuksien mukaan.

Biosorptio on muiden biologisten talteenottotekniikoiden ohella potentiaalinen tulevaisuuden ratkaisu jalometallien talteenottoon elektroniikkajätteestä. Haasteena on se, että useat biosorptiosovellukset ovat vielä laboratorioasteella, ja siksi lisätutkimusta sekä rahoitusta tarvitaan lisää. Olisi tärkeää myös saada lisää tutkimustietoa siitä, kuinka puhtaita jalometallifraktiota biosorptioprosessista on mahdollista saada talteen. Nykyisistä haasteista huolimatta, biosorption avulla voidaan tulevaisuudessa edistää kiertotaloutta ja resurssien kestävää käyttöä.