Nieuwe methode: milieuvriendelijke zuivering van zeldzame aardmetalen door Sandia-onderzoekers

AmsterdamZeldzame aardmetalen zijn cruciaal voor hedendaagse technologieën zoals smartphones, elektrische auto’s en systemen voor hernieuwbare energie. De huidige methoden om deze metalen te zuiveren maken echter gebruik van sterke zuren en schadelijke oplosmiddelen, wat leidt tot vervuiling. Dit heeft milieubezwaren opgeroepen en benadrukt de behoefte aan schonere methoden. Onderzoekers van Sandia National Laboratories ontwikkelen een milieuvriendelijkere techniek om zeldzame aardmetalen te winnen met behulp van metaal-organische raamwerken (MOFs) uit watergebaseerde mengsels.

MOFs zijn kleine structuren die bestaan uit metaaldeeltjes en organische verbindingen. Door deze onderdelen te variëren, kunnen wetenschappers "sponsen" maken die specifieke zeldzame aardmetalen absorberen. Deze nieuwe techniek biedt talloze voordelen.

• Vermindert de impact op het milieu door het vermijden van giftige chemicaliën.
• Maakt een efficiëntere scheiding van zeldzame aardmetalen mogelijk.
• Staat afstemming van MOFs toe om specifieke metalen te targeten.

Een team van Sandia onderzocht eerst hoe goed metalen-organische roosters (MOFs) zeldzame aardmetalen kunnen opnemen door gebruik te maken van computermodellen en röntgentests. Ze streven ernaar MOFs te ontwerpen die één specifiek zeldzaam aardmetaal kunnen selecteren en de rest afstoten. Dit kan een revolutie teweegbrengen in industrieën die deze materialen nodig hebben, zoals de elektronica, elektrische auto's en hernieuwbare energie.

In een onderzoek maakten wetenschappers twee soorten metaal-organische raamwerken (MOFs) op basis van zirkonium. Ze ontdekten dat het toevoegen van negatief geladen groepen zoals fosfonaat aan de verbindingsstukken hielp bij de metaaladsorptie. Interessant genoeg hadden deze groepen, wanneer ze aan de metalen centra werden bevestigd, geen significant effect op de adsorptie van zeldzame aardmetalen, maar ze verbeterden wel de selectiviteit van de MOFs voor nikkel boven kobalt. Dit toont aan dat de structuur van een MOF zijn werking kan beïnvloeden.

Lees ook:

Vandaag · 00:57

Zwart gat blokkeert sterrengeboorte in Pablo's galaxy

Kevin Leung, een wetenschapper die de eigenschappen van materialen met behulp van computers onderzoekt, heeft gebruikgemaakt van moleculaire dynamica en density functional theory om het gedrag van zeldzame aardmetalen te analyseren. Hij ontdekte dat deze elementen een hogere neiging hebben om zich te binden aan negatief geladen chemicaliën dan aan water, waarbij dit effect sterker is bij zwaardere elementen zoals lutetium. Echter, hij concludeerde dat er geen enkele chemische groep is die selectief aan slechts één soort metaal kan binden.

Röntgenspectroscopie bracht ons meer inzichten. Uit het onderzoek van Anastasia Ilgen bleek dat zeldzame aardmetalen zich hechten aan de metaalcentra van zirkonium- en chroom-MOFs. Bij MOFs met fosfonaatgroepen geven zeldzame aardmetalen de voorkeur aan binding met deze groepen. Dit impliceert dat de chemische samenstelling kan worden aangepast om de bindingsselectiviteit te verbeteren.

Onderzoekers onderzoeken verschillende methoden om MOFs zo te ontwerpen dat ze specifiek ionen kunnen selecteren. Ze kunnen de chemie van de metalen delen aanpassen, meerdere metaalsoorten gebruiken of de eigenschappen van oppervlaktegroepen veranderen. Door deze factoren aan te passen, hopen ze MOFs te creëren die effectief zeldzame aardmetalen kunnen scheiden.

Sandia's onderzoek ontwikkelt betere methoden om belangrijke metalen zuiverder en efficiënter te reinigen. Dit draagt bij aan minder milieuschade en verhoogt de duurzaamheid van essentiële technologieën. Het werk van het team benadrukt hoe MOFs nuttige hulpmiddelen kunnen zijn bij het aanpakken van grote uitdagingen in materiaalkunde.