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電子ごみから金を効率的に回収、新しいポリマー素材がリサイクルを変える

PHOTO: CAVAN IMAGES/GETTY IMAGES
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 コンピューター基板のような電子ごみに含まれる金などの貴金属類はリサイクルが望ましいが、コストや安全性、効率などの問題で再利用が進んでいない。だが、そんな現状を変える可能性を秘めた新しい素材が開発された。溶液中の金を集めて短時間で“キャッチ”してくれる多孔質ポリマー素材だ。

TEXT BY SCOTT K. JOHNSON

TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO

TArs TechnicA

電子ごみ(e-waste)のリサイクルにおける障壁のひとつは、リサイクルのプロセスそのものだ。電子部品に含まれる希少な素材を分離・回収する方法が、もっと安価で、安全で、クリーンで、効率的になれば、こうした試みの魅力と収益性は高まるはずである。

例えば、現在は大量のエネルギーを投入して素材を熱融解させている。だが、ある化学的な手法がその魅力的な代替案になるかもしれない。

金をキャッチするポリマー

韓国科学技術院(KAIST)のホン・ヨンラン率いる研究チームは、このほど金と極めて強い親和性をもつ化学物質を使った研究の成果を発表した。回路基板を酸で処理して希少な素材を分離し、その溶液に「COP-180」と呼ばれるこの化学物質を加えると、液体中の金が集まってくる。しかもこの物質は、金と分離したあとは再利用できるという。

この物質のベースになっているのは、ポルフィリンと呼ばれる有機化合物だ。この化合物は、ポリマー(重合体)の状態になると分子の表面に無数の小さな穴が形成され、そこに金属原子を引き込んでエネルギーの均衡を保とうとする。まさに化学者たちが探し求めていたリサイクルへの応用に最適な構造だ。

チームは、このCOP-180を使って数々の実験を実施し、どの金属と最もよく結合するか、そして捕捉率はどの程度かを検証した。その結果、このポリマーは少数の貴金属に対して最大の効果を発揮し、なかでも金とよく結合することがわかったという。

COP-180は、存在する穴の10倍にあたる金原子を捕捉した一方、プラチナなどその他の元素では、穴ひとつにつき1個の原子しか収まらなかった。プラチナは適切な“ソーシャルディスタンス”を保つが、金はパーティーをしたがるようだ。

短時間で金を94パーセント回収

こうした原子レベルの挙動は、測定とモデル化によって裏付けられた。

研究チームは、ポリマーが紫外線を触媒として金原子と相互作用するときに電子が受け渡され、これによりさらに多くの金原子が集結することを発見した。予想通り、紫外線量を変えて再実験すると結果に影響がみられたが、紫外線なしでも金原子の捕捉率は極めて高かったという。

チームは最後に、COP-180ポリマーの効果を正式にテストした。まずは、ゴミ捨て場から拾ってきた7つの回路基板を酸に浸し、金属を分離した。次に溶液にポリマーを混ぜ、数日にわたって均一に攪拌を続けた(ほかの実験では、約30分で金の99パーセントが回収できるという結果も出ていた)。

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