ఫిల్టర్ తయారీ వ్యర్థాల నుండి అల్యూమినియంను సంగ్రహిస్తుంది మరియు రీసైకిల్ చేస్తుంది

అల్యూమినియం ఉత్పత్తి నుండి ఉత్పన్నమయ్యే ప్రమాదకర వ్యర్థాలను అరికట్టడానికి MIT ఇంజనీర్లు కొత్త నానోఫిల్ట్రేషన్ ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేశారు. అల్యూమినియం ప్లాంట్ నుండి వ్యర్థాలను ప్రాసెస్ చేయడానికి మరియు ప్రసరించే ప్రవాహంలో తప్పించుకునే ఏదైనా అల్యూమినియం అయాన్‌లను తిరిగి పొందడానికి నానోఫిల్ట్రేషన్ సమర్థవంతంగా ఉపయోగించబడుతుంది. సంగ్రహించబడిన అల్యూమినియంను అప్‌సైకిల్ చేయవచ్చు మరియు ఉత్పత్తి చేయబడిన అల్యూమినియంలో ఎక్కువ భాగం జోడించవచ్చు, అదే సమయంలో వ్యర్థాలను తగ్గించడం ద్వారా దిగుబడిని పెంచుతుంది.

అల్యూమినియం ప్లాంట్లు ఉత్పత్తి చేసే వ్యర్థ ప్రవాహాలకు సమానమైన వివిధ పరిష్కారాలను ఫిల్టర్ చేయడానికి నవల పొరను ఉపయోగించి ల్యాబ్-స్కేల్ ప్రయోగాలలో పొర యొక్క పనితీరును పరిశోధకులు ప్రదర్శించారు. ఈ ద్రావణాలలో 99 శాతం కంటే ఎక్కువ అల్యూమినియం అయాన్‌లను పొర ఎంపిక చేసి సంగ్రహించిందని వారు కనుగొన్నారు.

ఇప్పటికే ఉన్న ఉత్పత్తి సౌకర్యాలలో స్కేల్ అప్ మరియు అమలు చేస్తే, మెమ్బ్రేన్ టెక్నాలజీ వృధా అయ్యే అల్యూమినియం మొత్తాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు మొక్కలు ఉత్పత్తి చేసే వ్యర్థాల యొక్క పర్యావరణ నాణ్యతను మెరుగుపరుస్తుంది.

“ఈ మెమ్బ్రేన్ టెక్నాలజీ ప్రమాదకర వ్యర్థాలను తగ్గించడమే కాకుండా కొత్త మైనింగ్ అవసరాన్ని తగ్గించడం ద్వారా అల్యూమినియం కోసం వృత్తాకార ఆర్థిక వ్యవస్థను కూడా ప్రారంభిస్తుంది” అని అబ్దుల్ లతీఫ్ జమీల్ డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ మెకానికల్ ఇంజినీరింగ్‌లోని వాటర్ ప్రొఫెసర్ మరియు డైరెక్టర్ జాన్ లియన్‌హార్డ్ చెప్పారు. MITలో అబ్దుల్ లతీఫ్ జమీల్ వాటర్ అండ్ ఫుడ్ సిస్టమ్స్ ల్యాబ్ (J-WAFS). “ఇది అల్యూమినియం కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్‌ను తీర్చేటప్పుడు పర్యావరణ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి మంచి పరిష్కారాన్ని అందిస్తుంది.”

లీన్‌హార్డ్ మరియు అతని సహచరులు జర్నల్‌లో కనిపించే ఒక అధ్యయనంలో తమ ఫలితాలను నివేదించారు ACS సస్టైనబుల్ కెమిస్ట్రీ మరియు ఇంజనీరింగ్. అధ్యయనం యొక్క సహ రచయితలలో MIT మెకానికల్ ఇంజనీరింగ్ అండర్ గ్రాడ్యుయేట్లు ట్రెంట్ లీ మరియు VinnNguyen మరియు బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలో పోస్ట్‌డాక్ అయిన జి హావో ఫూ SM ’21, PhD ’24 ఉన్నారు.

రీసైక్లింగ్ సముచితం

MITలోని లియన్‌హార్డ్ బృందం సముద్రపు నీటిని డీశాలినేట్ చేయడానికి మరియు మురుగునీటి యొక్క వివిధ వనరులను సరిచేయడానికి పొర మరియు వడపోత సాంకేతికతలను అభివృద్ధి చేస్తుంది. వారి పనిని వర్తింపజేయడానికి కొత్త ప్రాంతాల కోసం వెతుకుతున్నప్పుడు, బృందం అల్యూమినియం మరియు ప్రత్యేకించి, మెటల్ ఉత్పత్తి నుండి ఉత్పన్నమయ్యే మురుగునీటిలో అన్వేషించబడని అవకాశాన్ని కనుగొంది.

అల్యూమినియం ఉత్పత్తిలో భాగంగా, బాక్సైట్ అని పిలువబడే లోహ-సమృద్ధిగా ఉన్న ధాతువు మొదట బహిరంగ గుంటల నుండి తవ్వబడుతుంది, తరువాత తవ్విన రాతి నుండి అల్యూమినియంను వేరు చేయడానికి రసాయన ప్రతిచర్యల శ్రేణిలో ఉంచబడుతుంది. ఈ ప్రతిచర్యలు చివరికి అల్యూమినియం ఆక్సైడ్‌ను అల్యూమినా అనే పొడి రూపంలో ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఈ అల్యూమినాలో ఎక్కువ భాగం రిఫైనరీలకు రవాణా చేయబడుతుంది, ఇక్కడ పౌడర్ క్రయోలైట్ అనే కరిగిన ఖనిజాన్ని కలిగి ఉన్న విద్యుద్విశ్లేషణ వాట్‌లలో పోస్తారు. బలమైన విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రయోగించినప్పుడు, క్రయోలైట్ అల్యూమినా యొక్క రసాయన బంధాలను విచ్ఛిన్నం చేస్తుంది, అల్యూమినియం మరియు ఆక్సిజన్ అణువులను వేరు చేస్తుంది. స్వచ్ఛమైన అల్యూమినియం అప్పుడు ద్రవ రూపంలో వ్యాట్ దిగువన స్థిరపడుతుంది, ఇక్కడ దానిని సేకరించి వివిధ రూపాల్లో వేయవచ్చు.

క్రయోలైట్ ఎలక్ట్రోలైట్ ఒక ద్రావకం వలె పనిచేస్తుంది, కరిగిన ఉప్పు విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియలో అల్యూమినాను వేరు చేస్తుంది. కాలక్రమేణా, క్రయోలైట్ సోడియం, లిథియం మరియు పొటాషియం అయాన్ల వంటి మలినాలను కూడబెట్టుకుంటుంది — అల్యూమినాను కరిగించడంలో దాని ప్రభావాన్ని క్రమంగా తగ్గిస్తుంది. ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో, ఈ మలినాలను ఏకాగ్రత ఒక క్లిష్టమైన స్థాయికి చేరుకుంటుంది, దీనిలో ఎలక్ట్రోలైట్‌ని ప్రధాన ప్రక్రియ సామర్థ్యానికి తాజా క్రయోలైట్‌తో భర్తీ చేయాలి. ఖర్చు చేసిన క్రయోలైట్, అవశేష అల్యూమినియం అయాన్లు మరియు మలినాలను కలిగి ఉన్న జిగట బురద, పారవేయడం కోసం దూరంగా రవాణా చేయబడుతుంది.

“సాంప్రదాయ అల్యూమినియం ప్లాంట్ కోసం, సంవత్సరానికి 2,800 టన్నుల అల్యూమినియం వృధా అవుతుందని మేము తెలుసుకున్నాము” అని ప్రధాన రచయిత ట్రెంట్ లీ చెప్పారు. “పరిశ్రమ మరింత సమర్ధవంతంగా ఉండే మార్గాలను మేము చూస్తున్నాము మరియు క్రయోలైట్ వ్యర్థాలు దాని వ్యర్థ ఉత్పత్తులలో కొన్నింటిని రీసైక్లింగ్ చేసే విషయంలో బాగా పరిశోధించబడలేదని మేము కనుగొన్నాము.”

ఛార్జ్ చేయబడిన కిక్

వారి కొత్త పనిలో, పరిశోధకులు క్రయోలైట్ వ్యర్థాలను ఫిల్టర్ చేయడానికి మరియు అల్యూమినియం అయాన్‌లను తిరిగి పొందేందుకు పొర ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేయాలని లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నారు. ప్రత్యేకించి, బృందం అల్యూమినియంను అన్ని ఇతర అయాన్ల ద్వారా, ముఖ్యంగా సోడియం ద్వారా సంగ్రహించడానికి చూసింది, ఇది కాలక్రమేణా క్రయోలైట్‌లో గణనీయంగా పెరుగుతుంది.

వారు క్రయోలైట్ వ్యర్థాల నుండి అల్యూమినియంను ఎంపిక చేసుకోగలిగితే, అల్యూమినియంను అధిక సోడియం జోడించకుండా విద్యుద్విశ్లేషణ వ్యాట్‌లోకి తిరిగి పోయవచ్చు, ఇది విద్యుద్విశ్లేషణ ప్రక్రియను మరింత నెమ్మదిస్తుంది.

పరిశోధకుల కొత్త డిజైన్ సాంప్రదాయ నీటి శుద్ధి కర్మాగారాలలో ఉపయోగించే పొరల అనుసరణ. ఈ పొరలు సాధారణంగా పాలిమర్ పదార్థం యొక్క పలుచని షీట్ నుండి తయారు చేయబడతాయి, ఇవి చిన్న, నానోమీటర్-స్కేల్ రంధ్రాల ద్వారా చిల్లులు కలిగి ఉంటాయి, వీటి పరిమాణం నిర్దిష్ట అయాన్లు మరియు అణువుల ద్వారా ట్యూన్ చేయబడుతుంది.

సాంప్రదాయిక పొరల ఉపరితలం సహజమైన, ప్రతికూల చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటుంది. ఫలితంగా, పొరలు అదే ప్రతికూల చార్జ్‌ను కలిగి ఉన్న ఏదైనా అయాన్‌లను తిప్పికొట్టాయి, అయితే అవి ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్‌లను ప్రవహించేలా ఆకర్షిస్తాయి.

జపనీస్ మెమ్బ్రేన్ కంపెనీ నిట్టో డెంకో సహకారంతో, MIT బృందం అల్యూమినియం అయాన్‌లను తిప్పికొట్టేటప్పుడు మరియు సంగ్రహించేటప్పుడు క్రయోలైట్ మురుగునీటిలో అత్యంత సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్‌ల ద్వారా ఫిల్టర్ చేయగల వాణిజ్యపరంగా లభించే పొరల సామర్థ్యాన్ని పరిశీలించడానికి ప్రయత్నించింది. అయినప్పటికీ, అల్యూమినియం అయాన్లు +3 యొక్క ధనాత్మక చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటాయి, ఇక్కడ సోడియం మరియు ఇతర కాటయాన్‌లు +1 యొక్క తక్కువ సానుకూల చార్జ్‌ను కలిగి ఉంటాయి.

ఉప్పు సరస్సులు మరియు ఖర్చు చేసిన బ్యాటరీల నుండి లిథియంను తిరిగి పొందడం కోసం పొరలను పరిశోధించే సమూహం యొక్క ఇటీవలి పని ద్వారా ప్రేరణ పొందిన బృందం, పొరను కప్పి ఉంచే సన్నని, సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన పూతతో నవల నిట్టో డెంకో పొరను పరీక్షించింది. పూత యొక్క ఛార్జ్ అల్యూమినియంను బలంగా తిప్పికొట్టడానికి మరియు నిలుపుకోవడానికి తగినంత సానుకూలంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అయాన్లు ప్రవహించేలా చేస్తుంది.

“అల్యూమినియం అయాన్లలో అత్యంత సానుకూలంగా చార్జ్ చేయబడినది, కాబట్టి దానిలో ఎక్కువ భాగం పొర నుండి దూరంగా తన్నబడుతుంది” అని ఫూ వివరించాడు.

క్రయోలైట్ వ్యర్థాలలో కనిపించే విధంగా, అయాన్ల యొక్క వివిధ బ్యాలెన్స్‌లతో పరిష్కారాల ద్వారా పంపడం ద్వారా బృందం పొర పనితీరును పరీక్షించింది. సోడియం మరియు ఇతర కాటయాన్‌ల ద్వారా అనుమతించేటప్పుడు పొర స్థిరంగా 99.5 శాతం అల్యూమినియం అయాన్‌లను సంగ్రహించిందని వారు గమనించారు. వారు ద్రావణాల యొక్క pHని కూడా మార్చారు మరియు చాలా వారాల పాటు అధిక ఆమ్ల ద్రావణంలో కూర్చున్న తర్వాత కూడా పొర దాని పనితీరును కొనసాగించడాన్ని కనుగొన్నారు.

“ఈ క్రయోలైట్ వ్యర్థ ప్రవాహంలో చాలా వరకు ఆమ్లత్వం యొక్క వివిధ స్థాయిలలో వస్తుంది,” అని ఫూ చెప్పారు. “మరియు మేము ఆశించే కఠినమైన పరిస్థితులలో కూడా పొర బాగా పనిచేస్తుందని మేము కనుగొన్నాము.”

కొత్త ప్రయోగాత్మక మెంబ్రేన్ ప్లేయింగ్ కార్డ్ పరిమాణంలో ఉంటుంది. పారిశ్రామిక-స్థాయి అల్యూమినియం ఉత్పత్తి కర్మాగారంలో క్రయోలైట్ వ్యర్థాలను శుద్ధి చేయడానికి, పరిశోధకులు పొర యొక్క స్కేల్-అప్ వెర్షన్‌ను ఊహించారు, అనేక డీశాలినేషన్ ప్లాంట్‌లలో ఉపయోగించిన మాదిరిగానే, ఇక్కడ పొడవైన పొరను మురి ఆకృతీకరణలో చుట్టబడుతుంది, దీని ద్వారా నీరు ఉంటుంది. ప్రవహిస్తుంది.

“ఈ కాగితం వృత్తాకార ఆర్థిక వ్యవస్థలలో ఆవిష్కరణల కోసం పొరల సాధ్యతను చూపుతుంది” అని లీ చెప్పారు. “ఈ పొర ప్రమాదకర వ్యర్థాలను తగ్గించేటప్పుడు అల్యూమినియంను అప్‌సైక్లింగ్ చేయడం వల్ల ద్వంద్వ ప్రయోజనాన్ని అందిస్తుంది.”