Recyclinganlagen sammeln Glas und Quecksilber aus weggeworfenen Leuchtstofflampen, aber auch ausrangierte Beleuchtung könnte Seltenerdmetalle zur Wiederverwendung liefern. Die 17 Metalle, die als seltene Erden bezeichnet werden, sind nicht alle allgemein verfügbar und können mit bestehenden Recyclingmethoden nicht einfach gewonnen werden.
Jetzt haben Forscher einen einfacheren Weg gefunden, leicht magnetische Partikel, die Seltenerdmetalle enthalten, aus verbrauchten Leuchtstofflampen zu sammeln. Das Team beschreibt seine Proof-of-Concept-Methode der magnetisierten Chromatographie in ACS Nachhaltige Chemie und Technik.
Viele moderne Technologien wie Elektrofahrzeuge und Mikrochips nutzen seltene Erden aufgrund ihrer einzigartigen magnetischen, elektrischen und optischen Eigenschaften. Allerdings verfügen nur wenige Länder über ungenutzte Vorkommen dieser Metalle. Das groß angelegte Recycling seltener Erden aus veralteten, kaputten Geräten ist eine Herausforderung, da die Metalle in verschiedene Komponenten integriert sind und nur in geringen Mengen vorhanden sind.
In ausgedienten Leuchtstoffröhren befinden sich Mischungen von Leuchtstoffen auf Seltenerdbasis, den Substanzen, die zur Farbe eines Lichts beitragen, in einer dünnen Schicht im Inneren der Glühbirne. Deshalb wollten Laura Kuger, Matthias Franzreb und Kollegen eine Low-Tech-Methode entwickeln, um diese Leuchtstoffe einfach zu sammeln, indem sie die schwachen magnetischen Eigenschaften der Elemente ausnutzen.
Die Forscher verwendeten eine Drahtspule, um von außen ein Magnetfeld an eine Glaschromatographiesäule anzulegen, die mit gestapelten Scheiben aus Edelstahlgeflecht gefüllt war. Anschließend bereiteten sie eine Demonstrationsprobe vor, die durch die Säule geleitet werden sollte, um zu sehen, ob sie die Leuchtstoffe einfangen konnte.
Zunächst besorgten sich die Forscher drei verschiedene schwach magnetische Seltenerd-Leuchtstoffe von einem Lampenhersteller. Als nächstes ahmte das Team alte Leuchtstofflampenteile nach, indem es die Leuchtstoffpartikel in einer flüssigen Lösung mit nichtmagnetischem Quarzoxid und stark magnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln vermischte, die Glas- bzw. Metallkomponenten in den Glühbirnen darstellten.
Als dann die Flüssigkeit injiziert wurde und durch die Chromatographiesäule floss, hafteten die Leuchtstoffe und Eisenoxid-Nanopartikel am magnetisierten Edelstahlnetz, während die Wasser- und Silica-Partikel am anderen Ende herausflossen.
Um die Leuchtstoffe aus der Säule zu entfernen, reduzierten die Forscher langsam die Stärke des externen Magnetfelds, während sie die Säule mit Flüssigkeit spülten. Schließlich wurden die stark magnetischen Eisenoxid-Nanopartikel aus der Säule freigesetzt, als das Magnetfeld ausgeschaltet wurde.
Die Forscher stellten fest, dass ihre Methode 93 % der Seltenerd-Leuchtstoffe aus der ursprünglichen Mischung zurückgewinnte, die Lampenkomponenten nachahmte. Während noch mehr Arbeit erforderlich ist, um einzelne Seltenerdelemente von den Leuchtstoffen zu trennen und die Methode für industrielle Recyclinganwendungen zu skalieren, sagen Kuger, Franzreb und Kollegen, dass ihr Ansatz ein Schritt in Richtung einer praktischen Möglichkeit ist, alte Glühbirnen in neue Technologien umzuwandeln eine bessere und nachhaltigere Zukunft.
Mehr Informationen:
Laura Kuger et al., Entwurf eines magnetfeldgesteuerten Chromatographieprozesses zur effizienten und selektiven Fraktionierung von Seltenerd-Leuchtstoffen aus ausgedienten Leuchtstofflampen, ACS Nachhaltige Chemie und Technik (2024). DOI: 10.1021/acssuschemeng.3c05707