Nowe badanie: ekologiczna metoda oczyszczania metali ziem rzadkich z rud.

WarsawPierwiastki ziem rzadkich są kluczowe dla współczesnych technologii, takich jak smartfony, samochody elektryczne i systemy energii odnawialnej. Obecnie stosowane metody oczyszczania tych metali wykorzystują silne kwasy i szkodliwe rozpuszczalniki, co prowadzi do zanieczyszczeń. To wywołuje obawy dotyczące środowiska i ukazuje potrzebę opracowania czystszych metod. Naukowcy z Sandia National Laboratories pracują nad bardziej przyjazną dla środowiska techniką pozyskiwania pierwiastków ziem rzadkich z wodnych mieszanin przy użyciu metal-organicznych sieci (MOFs).

MOF-y to maleńkie struktury zbudowane z metalowych elementów i organicznych łączy. Zmieniając te komponenty, naukowcy mogą tworzyć "gąbki" zdolne do wychwytywania konkretnych pierwiastków ziem rzadkich. Ta innowacyjna metoda przynosi wiele korzyści.

• Zmniejsza wpływ na środowisko poprzez unikanie użycia toksycznych substancji chemicznych.
• Umożliwia bardziej efektywne oddzielenie metali ziem rzadkich.
• Pozwala na precyzyjne dostosowanie metalo-organicznych szkieletów (MOF) do selektywnego wyłapywania konkretnych metali.

Zespół z Sandii najpierw zbadał, jak skutecznie MOFy mogą absorbować pierwiastki ziem rzadkich, korzystając z modeli komputerowych i testów rentgenowskich. Dążą do stworzenia MOFów, które potrafią selektywnie wybrać jeden pierwiastek ziem rzadkich, wykluczając pozostałe. Może to zrewolucjonizować przemysły, które potrzebują tych materiałów, takie jak elektronika, samochody elektryczne i energia odnawialna.

W jednym z badań naukowcy stworzyli dwa rodzaje metaliczno-organicznych szkieletów opartych na cyrkonie. Odkryli, że dodanie do łączników grup naładowanych ujemnie, takich jak fosfonian, pomaga w adsorpcji metali. Co ciekawe, gdy te grupy były przyłączone do centrów metalicznych, nie miały znaczącego wpływu na adsorpcję metali ziem rzadkich, ale zwiększały zdolność MOF do selekcji niklu nad kobaltem. Oznacza to, że sposób, w jaki zbudowany jest MOF, może zmieniać jego działanie.

Zobacz również:

Dzisiaj · 12:24

Przełomowy proces przekształca odpady w ekologiczne paliwo lotnicze

Kevin Leung, naukowiec badający materiały za pomocą komputerów, wykorzystał dynamikę molekularną i teorię funkcjonałów gęstości do analizy zachowania pierwiastków ziem rzadkich. Odkrył, że pierwiastki te chętniej wiążą się z ujemnie naładowanymi chemikaliami niż z wodą, a ta tendencja jest jeszcze silniejsza w przypadku cięższych pierwiastków, takich jak lutet. Niemniej jednak stwierdził, że żadna pojedyncza grupa chemiczna nie może selektywnie łączyć się tylko z jednym rodzajem metalu.

Spektroskopia rentgenowska dostarczyła nam więcej szczegółów. Badania Anastasi Ilgen wykazały, że pierwiastki ziem rzadkich przyłączają się do metalocentrycznych organicznych szkieletów koordynacyjnych (MOF) zbudowanych z cyrkonu i chromu. W MOF z grupami fosfonianowymi pierwiastki ziem rzadkich wolą wiązać się z tymi grupami. Oznacza to, że skład chemiczny można dostosować w celu poprawy selektywności wiązania.

Naukowcy badają różne metody projektowania MOF-ów w celu selektywnego wyboru jonów. Mogą zmieniać chemiczne właściwości części metalowych, zastosować więcej niż jeden typ metalu lub zmieniać właściwości grup powierzchniowych. Dostosowując te czynniki, mają nadzieję na stworzenie MOF-ów, które skutecznie oddzielają pierwiastki ziem rzadkich.

Badania prowadzone przez Sandia opracowują lepsze metody oczyszczania ważnych metali w sposób bardziej ekologiczny i wydajny. Dzięki temu można zmniejszyć szkodliwy wpływ na środowisko i poprawić zrównoważony rozwój kluczowych technologii. Praca zespołu pokazuje, jak MOFs mogą być przydatnymi narzędziami do rozwiązywania istotnych wyzwań w nauce o materiałach.