Towards metal recovery from e-waste: application of reduced graphene oxide-coated 3D foams as a sorbent

The rapid growth in the use of electrical and electronic equipment has resulted in an annual increase of nearly 2 million tons of electronic waste (e-waste). Often referred to as an "urban mine", e-waste contains valuable precious and rare earth metals. However, only 17.4% of the e-waste generated is formally collected and recycled, leading to the loss of valuable resources and posing significant environmental and health risks due to the toxic materials it contains. Various techniques, such as pyrometallurgical, bio- metallurgical, and hydrometallurgical processes, are employed to recover metals from e-waste. Among these, the adsorption step in hydrometallurgical processes—applied after leaching—is particularly effective, offering high recovery efficiency, short extraction times, and strong enrichment capabilities. This study investigates the potential of reduced graphene oxide (rGO)-coated 3D foams as adsorbents for metal recovery from aqueous solutions. The primary objective is to evaluate their adsorption capacity, selectivity, and overall effectiveness in hydrometallur- gical processes. To assess the performance of rGO-coated 3D foams, reduced graphene oxide was synthesized through a mild reduction of commercial graphene oxide (GO) using L-ascorbic acid. Adsorption experiments were carried out using simulated single- and multi-ion solutions, with varying concentrations (1 mg/L to 1 g/L) of lanthanum, copper, and silver. Metal ion concentrations before and after the adsorption process were analyzed using Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES). The adsorption capacities for single-ion solutions were 500 ± 32.14 mg/g for La3+, 139.09 ± 9.75 mg/g for Ag+, and 340.21 ± 83.21 mg/g for Cu2+. The results revealed a supe- rior affinity of rGO-coated foams for silver ions, with an adsorption efficiency reaching 59 wt%. Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis confirmed the presence of metal ions on the surface of the rGO-coated foams. These findings suggest that rGO-coated 3D foams offer a promising, cost-effective, and selective approach for metal recovery in hydrometallurgical processes, with potential applications in e-waste recycling.

La rapida crescita nell’uso di apparecchiature elettroniche ed elettriche ha portato a un aumento annuale di quasi 2 milioni di tonnellate di rifiuti elettronici (e-waste). Spesso definito come una "miniera urbana", l’e-waste contiene metalli preziosi e terre rare. Tuttavia, solo il 17,4% dell’e-waste generato viene raccolto e riciclato formalmente, con conseguente perdita di risorse preziose e rischi ambientali e sanitari significativi a causa dei materiali tossici in esso contenuti. Diverse tecniche, come i processi pirometallurgici, biometallurgici e idrometallurgici, vengono impiegate per il recupero dei metalli dall’e-waste. Tra questi, il passaggio di adsorbimento nei processi idrometallurgici—applicato dopo il processo di lisciviazione—è particolarmente efficace, offrendo alta efficienza di recupero, tempi di estrazione brevi e forti capacità di arricchimento. Questo studio indaga il potenziale delle schiume 3D rivestite di ossido di grafene ridotto (rGO) come adsorbenti per il recupero dei metalli da soluzioni acquose. L’obiettivo principale è valutare la loro capacità di adsorbimento, selettività ed efficacia complessiva nei processi idrometallurgici. Per valutare le prestazioni delle schiume 3D rivestite di rGO, l’ossido di grafene ridotto è stato sintetizzato mediante una riduzione leggera dell’ossido di grafene commerciale (GO) utilizzando acido L-ascorbico. Gli esperimenti di adsorbimento sono stati condotti utilizzando soluzioni di ioni singoli e multipli simulate, con concen- trazioni variabili (da 1 mg/L a 1 g/L) di lantano, rame e argento. Le concentrazioni degli ioni metallici prima e dopo il processo di adsorbimento sono state analizzate utilizzando la spettroscopia di emissione ottica a plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES). Le capacità di adsorbimento per le soluzioni a ioni singoli sono state di 500 ± 32,14 mg/g per La3+, 139,09 ± 9,75 mg/g per Ag+ e 340,21 ± 83,21 mg/g per Cu2+. I risultati hanno rivelato una superiorità di affinità delle schiume rivestite di rGO per gli ioni d’argento, con un’efficienza di adsorbimento che ha raggiunto il 59% in peso. L’analisi tramite mi- croscopia elettronica a scansione (SEM) ha confermato la presenza di ioni metallici sulla superficie delle schiume rivestite di rGO. Questi risultati suggeriscono che le schiume 3D rivestite di rGO offrono un approccio promettente, economico e selettivo per il recupero dei metalli nei processi idrometallurgici, con potenziali applicazioni nel riciclaggio dei ri- fiuti elettronici.