Nuovo metodo ecologico: MOF per depurare metalli critici in tecnologie moderne

RomeGli elementi delle terre rare sono fondamentali per la tecnologia moderna come smartphone, auto elettriche e sistemi di energia rinnovabile. Tuttavia, i metodi attuali di purificazione di questi metalli utilizzano acidi forti e solventi nocivi, causando inquinamento. Ciò ha sollevato preoccupazioni ambientali e mostrato la necessità di metodi più puliti. I ricercatori dei Sandia National Laboratories stanno sviluppando un metodo più ecologico per estrarre terre rare utilizzando strutture metal-organiche (MOF) da miscele a base d'acqua.

I MOF sono strutture microscopiche composte da parti metalliche e collegamenti organici. Modificando queste componenti, i ricercatori possono creare "spugne" capaci di assorbire elementi rari. Questo nuovo approccio offre numerosi vantaggi.

• Riduce l'impatto ambientale evitando l'uso di sostanze chimiche tossiche.
• Favorisce una separazione più efficiente delle terre rare.
• Permette di calibrare i MOF per mirare a metalli specifici.

Il team di Sandia ha inizialmente verificato l'efficacia delle MOF (Materiali Organici Porosi) nell'assorbire terre rare utilizzando modelli al computer e test ai raggi X. L'obiettivo è creare MOF capaci di selezionare un singolo elemento tra le terre rare, escludendo gli altri. Questa innovazione potrebbe rivoluzionare settori come l'elettronica, le auto elettriche e le energie rinnovabili.

In un esperimento, i ricercatori hanno creato due tipi di framework metallo-organici (MOF) a base di zirconio. Hanno scoperto che l'aggiunta di gruppi negativi come il fosfonato ai collegamenti facilitava l'adsorbimento dei metalli. È interessante notare che, quando questi gruppi erano attaccati ai centri metallici, non influivano significativamente sull'adsorbimento dei metalli rari ma miglioravano la capacità dei MOF di selezionare nichel rispetto al cobalto. Ciò significa che la struttura di un MOF può cambiare il suo funzionamento.

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Kevin Leung, uno scienziato che utilizza i computer per studiare i materiali, ha usato la dinamica molecolare e la teoria del funzionale della densità per analizzare il comportamento degli elementi delle terre rare. Ha scoperto che questi elementi tendono a legarsi più facilmente a sostanze chimiche con carica negativa piuttosto che all'acqua, e questa tendenza è ancora più forte per gli elementi più pesanti come il lutetio. Tuttavia, ha concluso che nessun gruppo chimico può legarsi selettivamente a un solo tipo di metallo.

La spettroscopia a raggi X ha fornito ulteriori dettagli. La ricerca di Anastasia Ilgen ha dimostrato che gli elementi delle terre rare si legano ai MOF di zirconio e cromo nei centri metallici. Nei MOF con gruppi fosfonati, gli elementi delle terre rare preferiscono legarsi a questi gruppi. Questo implica che la composizione chimica può essere modificata per migliorare la selettività di legame.

I ricercatori stanno studiando diversi metodi per progettare i MOF in modo che possano selezionare specificatamente gli ioni. Potrebbero modificare la chimica delle parti metalliche, utilizzare più di un tipo di metallo o cambiare le proprietà dei gruppi superficiali. Regolando questi fattori, sperano di creare MOF capaci di separare efficacemente gli elementi delle terre rare.

La ricerca di Sandia sta sviluppando metodi più puliti ed efficienti per purificare metalli cruciali. Questo può contribuire a ridurre l'impatto ambientale e migliorare la sostenibilità delle tecnologie essenziali. Il lavoro del team dimostra come i MOF possano essere strumenti utili per affrontare grandi sfide nella scienza dei materiali.