La producción de nanoflakes de óxido de cobre (CuO) enriquecidos con óxido nitroso (NiO) a partir de placas de circuito impreso flexibles (FPCB) desechadas utilizando métodos de microrreciclado es el tema de un artículo reciente publicado en la revista Informes científicos.
Estudio: Fabricación de valor agregado de nanoflakes de CuO dopados con NiO a partir de desechos de placas de circuitos flexibles para aplicaciones fotocatalíticas avanzadas. Crédito de la foto: KPixMining/shutterstock.com
La eliminación de desechos electrónicos (e-waste) desencadena una multitud de problemas ambientales. Sin embargo, podría ser posible utilizar este residuo peligroso como depósito de metales valiosos. Estos metales se pueden recuperar y modificar para su uso en aplicaciones constructivas como B. la generación de nanopartículas para la producción de hidrógeno por electrólisis termodinámica del agua.
Placas de circuito impreso flexibles (FPCB): uno de los principales desechos electrónicos
A medida que se agotan los recursos orgánicos, la industria debe emplear técnicas creativas para reemplazar los recursos tradicionales con materiales hechos de desechos. Los desechos electrónicos (e-waste), que contienen numerosos metales preciosos y no metales, son una de las fuentes de desechos más problemáticas.
Las placas de circuitos impresos flexibles (FPCB) están hechas de más del 99 por ciento de cobre puro integrado con no metales como poliamida y resinas. Para evitar que los FPCB se oxiden, a menudo se usa una solución a base de níquel como acabado superficial, especialmente en las juntas de soldadura.
Los FPCB se fabrican en losas gigantes. Se perforan y trituran hasta obtener el tamaño y la forma correctos durante la etapa final de fabricación, lo que deja una enorme cantidad de chatarra rica en cobre (Cu). Este Cu podría recuperarse mediante un proceso de extracción térmica y utilizarse en importantes aplicaciones industriales, incluida la producción de nanocopos de CuO.
Aplicaciones de los nanoflakes de CuO
CuO y Cu2O son óxidos de metales de transición semiconductores de óxido de cobre. cobre2O tiene una banda prohibida directa de 2,1 eV y se utiliza para fabricar superconductores, células fotovoltaicas y detectores.
Por otro lado, CuO se prefiere para fines fotoelectroquímicos (PEC) debido a su excelente durabilidad física y excelente absorción de luz. Los nanoflakes de CuO son aplicables a reacciones fotoelectrocatalíticas de separación de agua, biosensores, superconductores, energía fotovoltaica, degradación fotocatalítica, baterías y fotodiodos.
Los espacios de banda de CuO se pueden ajustar de 1,2 a 1,7 eV. El semiconductor puede absorber el espectro solar en un rango de frecuencia más amplio, lo que lo convierte en un candidato atractivo para dispositivos fotovoltaicos.
Sin embargo, la producción de nanoflakes de CuO es un proceso muy costoso. Por lo tanto, se necesitan con urgencia métodos adecuados para producir nanoflakes de CuO a partir de productos de desecho como los desechos electrónicos.
Producción de nanoflakes de CuO a partir de productos de desecho basados en PCB
En este estudio, los investigadores utilizaron una técnica de microreciclado, que incluye un enfoque químico acoplado acompañado de una ruta térmica optimizada, para producir nanoflakes de CuO dopados con NiO a partir de FPCB desechados. Los investigadores también evaluaron el potencial de los nanoflakes de CuO como nanomateriales absorbentes de luz para aplicaciones de generación de energía.
Se utilizó espectrometría de emisión óptica basada en plasma de acoplamiento inductivo (ICP-OES) para determinar la estructura elemental de los nanoflakes de CuO. El análisis de espectrometría de fotoelectrones de rayos X (XPS) confirmó la composición de los nanoflakes de CuO.
La resolución de fase y la naturaleza cristalina de los nanoflakes de CuO se estudiaron mediante difracción de rayos X (XRD). Se utilizó un microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FE-SEM) para caracterizar las microestructuras de los nanoflakes de CuO dopados con NiO preparados.
Resultados de investigación significativos
En este trabajo, la descomposición térmica y la modificación de chatarra de FPCB condujeron a la síntesis eficaz de nanoflakes de CuO en fase pura. Los nanoflakes de CuO se prepararon dopando chatarra electrónica de FPCB con NiO. La presencia de la emulsificación de Ni en la superficie del FPCB para protegerlo de las altas temperaturas resultó en el dopaje de NiO in situ.
El cambio de energía de un estado a otro en los nanoflakes de CuO así preparados se debe al aislamiento cuántico en el marco del nanocristal. Se dice que la banda prohibida teórica para un material que divide el agua perfectamente es de 2 eV. En la práctica, sin embargo, este rango varía entre 1,23 y 3 eV.
Para fines de división del agua, la brecha de banda real de CuO a granel (1,2 eV) se considera baja, mientras que la brecha de banda de NiO (3,8 eV) se considera alta. Sin embargo, los nanoflakes de CuO producidos en este trabajo tienen reflectividades visuales e infrarrojas del 70 al 75 por ciento y una banda prohibida de menos de 1,57 eV, lo que los convierte en un excelente candidato para aplicaciones de recolección de energía.
Se espera que estos descubrimientos estimulen futuros estudios sobre el uso de materiales fabricados a partir de desechos electrónicos peligrosos para sintetizar nanomateriales de alto valor con alto potencial comercial.
Relación
Hossein, R. et al. (2022). Fabricación de valor agregado de nanoflakes de CuO dopados con NiO a partir de desechos de placas de circuitos flexibles para aplicaciones fotocatalíticas avanzadas. Informes científicos. Disponible en: https://www.nature.com/articles/s41598-022-16614-4
