Novo método sustentável de purificação de metais críticos é desenvolvido por Sandia National Laboratories

São PauloElementos de terras raras são cruciais para tecnologias modernas como smartphones, carros elétricos e sistemas de energia renovável. No entanto, os métodos atuais para purificar esses metais utilizam ácidos fortes e solventes nocivos, causando poluição. Isso gerou preocupações ambientais e revelou a necessidade de métodos mais limpos. Pesquisadores dos Laboratórios Nacionais Sandia estão desenvolvendo uma alternativa mais sustentável para extrair terras raras usando estruturas metalorgânicas (MOFs) a partir de misturas à base de água.

MOFs são estruturas minúsculas compostas por partes metálicas e ligações orgânicas. Ao alterar esses componentes, os pesquisadores conseguem criar "esponjas" que absorvem elementos raros específicos. Este novo método apresenta numerosos benefícios.

• Reduz o impacto ambiental evitando o uso de produtos químicos tóxicos.
• Facilita a separação mais eficiente de elementos terras-raras.
• Permite o ajuste preciso dos MOFs para direcionar metais específicos.

A equipe de Sandia primeiro verificou a eficácia dos MOFs na absorção de terras raras usando modelos computacionais e testes de raios X. Eles buscam criar MOFs capazes de selecionar um elemento terra rara específico, deixando os outros de lado. Isso poderia revolucionar indústrias que necessitam desses materiais, como a eletrônica, carros elétricos e energia renovável.

Em um estudo, pesquisadores desenvolveram dois tipos de estruturas metálicas orgânicas (MOFs) à base de zircônio. Eles descobriram que a adição de grupos negativamente carregados, como os fosfonatos, aos ligantes ajudou na adsorção de metais. Curiosamente, quando esses grupos foram anexados aos centros metálicos, não houve impacto significativo na adsorção de metais raros, mas melhorou a capacidade dos MOFs de selecionar níquel ao invés de cobalto. Isso significa que a estrutura de um MOF pode alterar sua funcionalidade.

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Kevin Leung, um cientista que estuda materiais usando computadores, utilizou dinâmica molecular e teoria do funcional da densidade para analisar o comportamento dos elementos de terras raras. Ele descobriu que esses elementos têm maior propensão a se ligar a químicos com carga negativa do que à água, sendo essa tendência ainda mais forte para elementos mais pesados, como o lutécio. No entanto, ele verificou que nenhum grupo químico consegue se ligar seletivamente a apenas um tipo de metal.

A espectroscopia de raios X nos proporcionou mais detalhes. A pesquisa de Anastasia Ilgen revelou que elementos de terras raras se ligam aos MOFs de zircônio e cromo nos centros metálicos. Em MOFs com grupos fosfonatos, os elementos de terras raras preferem se ligar a esses grupos. Isso significa que a composição química pode ser ajustada para melhorar a seletividade de ligação.

Pesquisadores estão explorando diferentes métodos para projetar MOFs que possam selecionar íons de forma específica. Eles podem modificar a química dos componentes metálicos, utilizar mais de um tipo de metal ou alterar as propriedades dos grupos de superfície. Ajustando esses fatores, eles esperam criar MOFs capazes de separar efetivamente elementos terras-raras.

A pesquisa da Sandia está desenvolvendo maneiras mais eficazes e ecológicas de purificar metais essenciais. Isso pode ajudar a reduzir o impacto ambiental e melhorar a sustentabilidade de tecnologias indispensáveis. O trabalho da equipe demonstra como as MOFs podem ser ferramentas valiosas para enfrentar desafios importantes na ciência dos materiais.