Ny studie: Säker och miljövänlig metod för att utvinna sällsynta jordartsmetaller ur malm.

StockholmSällsynta jordartsmetaller är viktiga för modern teknik som smartphones, elbilar och förnybara energisystem. Men de nuvarande metoderna för att rena dessa metaller använder starka syror och skadliga lösningsmedel, vilket orsakar föroreningar. Detta har skapat miljöproblem och visat på behovet av renare metoder. Forskare vid Sandia National Laboratories arbetar på ett mer miljövänligt sätt att extrahera sällsynta jordartsmetaller med hjälp av metall-organiska ramverk (MOFs) från vattenbaserade blandningar.

MOF:er är små strukturer som består av metalldelar och organiska länkar. Genom att förändra dessa delar kan forskare skapa "svampar" som absorberar specifika sällsynta jordartsmetaller. Denna nya metod erbjuder många fördelar.

• Minskar miljöpåverkan genom att undvika giftiga kemikalier.
• Möjliggör effektivare separation av sällsynta jordartsmetaller.
• Tillåter precisionsjustering av MOF:er för att rikta in sig på specifika metaller.

Sandias team undersökte först hur bra MOF:er kan absorbera sällsynta jordartsmetaller genom datormodeller och röntgentester. De strävar efter att utveckla MOF:er som kan välja ut en specifik sällsynt jordartsmetall och utesluta de andra. Detta kan revolutionera industrier som är beroende av dessa material, såsom elektronik, elbilar och förnybar energi.

I en studie skapade forskare två typer av zirkonium-baserade metall-organiska ramverk (MOF). De upptäckte att genom att lägga till negativt laddade grupper, som fosfonat, till länkbroarna förbättrades metalladsorptionen. Intressant nog, när dessa grupper fästes vid metallcentrerna, påverkade de inte sällan jordmetalladsorptionen men förbättrade MOF:ernas förmåga att välja nickel framför kobolt. Detta innebär att sättet på vilket en MOF är uppbyggd kan ändra hur den fungerar.

Läs också:

Idag · 12:24

Innovativ process förvandlar växtavfall till grönt flygbränsle

Kevin Leung, en forskare som använder datorer för att studera material, använde molekyldynamik och densitetfunktionalteori för att analysera hur sällsynta jordartsmetaller beter sig. Han upptäckte att dessa element har en större benägenhet att binda till negativt laddade kemikalier än till vatten, och denna tendens är ännu starkare för tyngre element som lutetium. Dock konstaterade han att ingen enskild kemisk grupp kan binda selektivt till endast en sorts metall.

Röntgenspektroskopi gav oss fler detaljer. Anastasia Ilgens forskning visade att sällsynta jordartsmetaller fäster vid zirkonium- och krom-MOF:er vid metallcentra. I MOF:er med fosfonatgrupper föredrar dessa metaller att binda till dessa grupper. Detta innebär att den kemiska sammansättningen kan justeras för att förbättra bindingsselektiviteten.

Forskare undersöker olika metoder för att utforma MOF:er för att specifikt välja ut joner. De kan ändra metallsammansättningen, använda fler än en typ av metall eller ändra egenskaperna hos ytliga grupper. Genom att justera dessa faktorer hoppas de kunna skapa MOF:er som effektivt kan separera sällsynta jordartsmetaller.

Sandias forskning utvecklar metoder för att rena viktiga metaller på ett mer miljövänligt och effektivt sätt. Detta kan bidra till att minska skador på miljön och förbättra hållbarheten hos nödvändiga teknologier. Teamets arbete visar hur MOFs kan vara användbara verktyg för att hantera stora utmaningar inom materialvetenskap.