Nouvelle méthode écologique pour extraire les métaux critiques : une avancée prometteuse des laboratoires Sandia

ParisLes éléments terres rares sont cruciaux pour les technologies modernes telles que les smartphones, les voitures électriques et les systèmes d’énergie renouvelable. Cependant, les méthodes actuelles de purification de ces métaux utilisent des acides forts et des solvants nocifs, provoquant de la pollution. Cela soulève des inquiétudes environnementales et montre la nécessité de méthodes plus propres. Des chercheurs des Sandia National Laboratories travaillent sur une méthode plus respectueuse de l’environnement pour extraire les terres rares en utilisant des cadres organométalliques (MOF) à partir de mélanges à base d'eau.

Les MOF sont de minuscules structures composées de parties métalliques et de liens organiques. En modifiant ces composants, les chercheurs peuvent créer des "éponges" capables d'absorber des éléments terras rares spécifiques. Cette nouvelle méthode offre de nombreux avantages.

• Réduit l'impact environnemental en évitant les produits chimiques toxiques.
• Permet une séparation plus efficace des terres rares.
• Autorise l'ajustement précis des MOF pour cibler des métaux spécifiques.

L'équipe de Sandia a d'abord vérifié l'efficacité des MOFs pour absorber les terres rares à l'aide de modèles informatiques et de tests aux rayons X. Leur objectif est de créer des MOFs capables de sélectionner un élément de terre rare spécifique tout en écartant les autres. Cette avancée pourrait révolutionner les industries utilisant ces matériaux, tels que l'électronique, les voitures électriques et les énergies renouvelables.

Dans une étude, des chercheurs ont développé deux types de structures métal-organiques (MOF) à base de zirconium. Ils ont découvert que l'ajout de groupes chargés négativement, tels que les phosphonates, aux liaisons facilitait l'adsorption des métaux. Fait intéressant, lorsque ces groupes étaient attachés aux centres métalliques, cela n'affectait pas de manière significative l'adsorption des métaux de terres rares mais améliorait la capacité des MOF à sélectionner le nickel par rapport au cobalt. Cela signifie que la structure d'un MOF peut influencer son fonctionnement.

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Kevin Leung, scientifique spécialisé dans l’étude des matériaux par simulation informatique, a utilisé la dynamique moléculaire et la théorie fonctionnelle de la densité pour analyser le comportement des éléments de terres rares. Il a découvert que ces éléments ont tendance à se lier plus facilement à des produits chimiques chargés négativement qu'à l'eau, une tendance encore plus marquée pour les éléments plus lourds comme le lutétium. Cependant, il a constaté qu'aucun groupe chimique particulier ne peut se lier sélectivement à un seul type de métal.

La spectroscopie X nous a fourni des informations plus approfondies. Les recherches d'Anastasia Ilgen ont révélé que les éléments de terres rares se lient aux MOFs de zirconium et de chrome au niveau des centres métalliques. Dans les MOFs contenant des groupes phosphonates, les terres rares préfèrent se fixer à ces groupes. Cela signifie que la composition chimique peut être ajustée pour améliorer la sélectivité de liaison.

Des chercheurs explorent diverses méthodes pour concevoir des MOFs afin de sélectionner spécifiquement des ions. Ils peuvent modifier la composition chimique des parties métalliques, utiliser plusieurs types de métaux ou changer les propriétés des groupes de surface. En ajustant ces éléments, ils espèrent créer des MOFs capables de séparer efficacement les éléments de terres rares.

La recherche de Sandia développe des méthodes plus écologiques et efficaces pour purifier des métaux essentiels. Cela peut aider à réduire l'impact environnemental et à améliorer la durabilité des technologies indispensables. Le travail de l'équipe montre comment les MOFs peuvent être des outils précieux pour relever les grands défis de la science des matériaux.