Исследование, проведенное под руководством Сюй Чжэньмина, предложило использовать остаточный заряд батарей для извлечения ионов меди, кадмия, цинка и хрома из водных растворов. Ученые обнаружили, что до 90 процентов энергии использованных батареек можно использовать для удаления тяжелых металлов из воды.
Научный прорыв Изобретён новый метод получения металлов толщиной в 1 атом.
Эксперимент
Когда исследователи начали эксперименты по восстановлению водных растворов меди, кадмия и железа, они обнаружили, что восстановительный потенциал разряженных литий-ионных аккумуляторов сильно и нерегулярно зависит от кислотности среды. Для успешного протекания электрохимического процесса потенциал должен быть постоянным, поэтому учёные решили выяснить, почему потенциал катода удивительно ведет себя в растворе солей тяжелых металлов.
Для этого химики приготовили растворы гидроксида натрия, хлорида натрия и сульфата натрия и погрузили батареи в эти растворы для вольтамперометрического исследования. Они обнаружили, что поведение батареи в щелочном растворе было обусловлено пассивацией железного покрытия батареи. Оно было покрыто тонким слоем оксида, препятствующим его дальнейшему окислению.
Затем химики приготовили растворы солей меди и кадмия и попытались разделить металлы отдельно. Для этого они добавили кислоту в раствор со значением рН два, а затем погрузили в него использованную батарейку. Железная поверхность начала растворяться и на ней начала оседать медь, причем 85 процентов остаточной энергии батареи было использовано для выделения меди. С восстанавливающимся при pH=4 кадмием ситуация была хуже: на этот процесс тратилось лишь 13 процентов остаточной энергии батареи.
Схема зависимости параметров реакции от кислотности и степени пассивации покрытия батареи / Фото PNAS
Ученым также удалось восстановить ионы шестивалентного хрома, используя 88% остаточной энергии аккумулятора.
Технология, которая может изменить мир Создано экспериментальное биоразлагаемое стекло
Полученные результаты свидетельствуют о том, что использованные литиево-ионные батареи могут быть экологически чистым и недорогим решением для очистки воды, загрязненной тяжелыми металлами. Успешность эксперимента и результаты исследования могут быть применены на практике для очистки сточных вод и окружающей среды.