Việc sử dụng rộng rãi pin lithium-ion đã làm tăng nhu cầu về các phương pháp tái chế hiệu quả và bền vững. Tái chế truyền thống thường dựa trên ngâm axit mạnh, gây tiêu thụ năng lượng lớn và phát sinh nước thải. Nhóm tại Rice University trình bày một quy trình hai bước mới, được công bố trên tạp chí Advanced Materials, nhằm giảm những vấn đề này.
Phương pháp gọi là gia nhiệt Joule chớp nhoáng, clo hóa và oxy hóa (FJH-ClO) thay các xử lý hóa học kéo dài bằng các đợt gia nhiệt rất ngắn kết hợp với khí được kiểm soát. Trong bước đầu, vật liệu pin được gia nhiệt trong môi trường khí clo để phá vỡ các hợp chất liên kết lithium và kim loại chuyển tiếp; bước thứ hai là gia nhiệt ngắn trong không khí, chuyển hầu hết kim loại sang dạng oxy hóa để dễ tách hơn. Vì lithium không dễ tạo oxide như các kim loại khác, nó tồn tại ở dạng clorua và có thể hòa tan trong nước để tách ra riêng.
Những thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm cho thấy quy trình thu hồi gần như tất cả các vật liệu có giá trị từ pin đã dùng với độ tinh khiết cao. Phân tích sơ bộ chỉ ra quy trình có thể cần khoảng một nửa năng lượng, dùng ít hóa chất hơn 95% và chi phí thấp hơn đáng kể so với các phương pháp hiện có. Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh phương pháp vận hành bằng các phản ứng nhanh, có kiểm soát, tránh dùng axit mạnh và giảm nước thải, đồng thời bảo toàn vật liệu có giá trị.
Nhóm có kế hoạch mở rộng quy mô thông qua công ty khởi nghiệp Flash Metals USA, một bộ phận của Metallium Ltd., để làm nền tảng cho thu hồi vật liệu pin quy mô lớn và giảm phụ thuộc vào khai thác quặng mới. Công trình nhận được hỗ trợ từ Defense Advanced Research Projects Agency, Air Force Office of Scientific Research và US Army Corps of Engineers.
Từ khó
- tái chế — lấy lại và xử lý vật liệu đã dùng
- gia nhiệt — làm nóng vật liệu bằng nhiệt
- clo hóa — thêm clo vào hợp chất hóa học
- oxy hóa — tác dụng với oxy hoặc mất electron
- kim loại chuyển tiếp — nhóm kim loại trong bảng tuần hoàn giữa
- clorua — ion hoặc hợp chất chứa nguyên tử clo
- nước thải — nước bị ô nhiễm sau khi sử dụng
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Bạn nghĩ lợi ích môi trường lớn nhất của quy trình FJH-ClO là gì? Nêu lý do dựa trên bài.
- Những khó khăn nào có thể gặp khi mở rộng quy mô quy trình từ phòng thí nghiệm lên sản xuất lớn?
- Quy trình này giảm phụ thuộc vào khai thác quặng mới. Theo bạn, điều đó có thể ảnh hưởng thế nào đến xã hội hoặc nền kinh tế?
