Четверг, 19 сентября, 2024
Новости науки

Современные хелаторы обеспечивают эффективное и экологичное извлечение редкоземельных элементов.

By donbass01
0
0
Промышленное информационное агентство
Промышленное информационное агентство

Важные новости

Усовершенствованные хелаторы предлагают эффективные и экологически чистые редкоземельные элементы восстановление элементов» /></p> <p> Фото: Pixabay/CC0 Public Domain </p> <p>В ближайшие годы миру понадобится много странных металлов, считает профессор химии Джастин Уилсон из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Но он не говорит о литии, кобальте или даже бериллии. Уилсона интересует диспрозий, который настолько скрыт в таблице Менделеева, что можно подумать, будто он его выдумал.</p> <p>Редкоземельные элементы (РЗЭ), такие как диспрозий, имеют множество нишевых применений в современной электронике. Настолько, что Министерство энергетики США классифицирует их как «критические минералы». И хотя они не так редки, как благородные металлы, такие как платина или золото, их трудно получить из природных месторождений. Они также имеют чрезвычайно похожие химические свойства, что делает их чертовски сложными для изоляции друг от друга.</p> <p>Но команда под руководством Уилсона и постдокторанта Янъяна Гао только что разработала технологию очистки определенных РЗЭ при комнатной температуре без использования токсичных и едких соединений, которые в настоящее время используются для этой задачи. Результаты, опубликованные в журнале <i>Angewandte Chemie International Edition</i>, обещают более безопасный и эффективный способ переработки этих металлов из горнодобывающих предприятий и их извлечения из электронных отходов.</p> <h2>Полезные элементы вне поля зрения общественности</h2> <p>Редкоземельные элементы включают скандий, иттрий и лантаноиды — первый из двух рядов, которые издатели вырезают из периодической таблицы, чтобы она уместилась на одной странице. Лантаноиды (и актиноиды под ними) на самом деле располагаются справа от второго столбца. Вы можете быть знакомы с редкоземельным неодимом как металлом, используемым для изготовления невероятно сильных магнитов. Уилсон также интересуется неодимом.</p> <p>Эти элементы имеют много общих химических свойств, что делает их сложными для разделения друг от друга. Все они образуют ионы с зарядом +3, и все они предпочитают связываться с неметаллами во втором ряду периодической таблицы (например, кислородом и азотом). К счастью, они немного отличаются по своему ионному радиусу или размеру. Однако их размеры все еще довольно схожи, с изменением радиуса всего на 16% по всей серии.</p> <p>Несмотря на их схожие физические и химические свойства, РЗЭ имеют свои отличительные черты. Различия в количестве и расположении валентных электронов наделяют каждый из этих элементов различными магнитными и оптическими свойствами. Только изолировав их в чистых образцах, мы можем воспользоваться этими уникальными характеристиками.</p> <h2>Настройка техники</h2> <p>Текущий отраслевой стандарт для разделения РЗЭ друг от друга называется экстракцией жидкость-жидкость, которая объединяет органический растворитель (например, керосин или бензол) и растворитель на водной основе. «Это как заправка для салата в этой точке, где у вас есть две фазы, и они не смешиваются», — сказал Уилсон. Поэтому химики добавляют молекулы, называемые хелаторами, в органический растворитель, которые предназначены для связывания с РЗЭ.</p> <p>Ключевым моментом является то, что эти хелаторы имеют небольшое предпочтение к более мелким атомам, что позволяет им отделять один тип РЗЭ от другого на основе размера. Тем не менее, процесс довольно неэффективен: только пара процентов обогащения для каждого цикла экстракции. Получение достаточно чистого образца определенного элемента для промышленного использования требует многих циклов экстракции жидкость-жидкость, что приводит к образованию большого количества химических отходов.</p> <p>Уилсон и его соавторы из Корнелла и Невадского университета в Рино разработали более оптимизированные хелаторы и процесс, не требующий органического растворителя. Это исключает вещества, которые часто являются воспламеняющимися, канцерогенными и токсичными.</p> <p>Авторы протестировали свой метод в растворе диспрозия (Dy) и неодима (Nd). Они использовали специальный хелатор, называемый G-macropa, для связывания с более крупными атомами Nd, а затем добавили бикарбонат натрия (он же пищевая сода), чтобы заставить меньший Dy выпасть в осадок в виде карбонатной соли. Его можно просто отфильтровать и обработать, чтобы извлечь чистый металл. Снижение кислотности оставшегося раствора позволило им отделить Nd от хелатора, который затем можно использовать повторно.</p> <p>Один цикл этого нового процесса может концентрировать диспрозий более чем в 800 раз по сравнению с менее чем 10 при экстракции жидкость-жидкость.</p> <p>«[Я был очень удивлен], когда мой постдок, Янъян, показал мне данные элементного анализа», — сказал Уилсон. Повторив тест для подтверждения результатов, команда поняла, насколько точно был настроен их хелатор для этого процесса разделения.</p> <p>Сотрудничая с Дэвидом Канту, профессором UN Reno, они смогли понять и сравнить эффективность G-macropa с другими хелаторами на молекулярном уровне. Эти теоретические исследования помогут ученым разработать аналоги второго поколения.</p> <h2>Крупные приложения и небольшие корректировки</h2> <p>Эта эффективность важна для масштабирования процесса, поскольку хелатор G-macropa более сложен и, следовательно, дорог, чем те, которые используются стандартно. Команда также изучает хелаторы, производство которых может быть менее затратным.</p> <p>Уилсон и его соавторы сосредоточились на разделении Nd и Dy, поскольку эти два элемента широко распространены в электронных отходах, особенно в неодимовых магнитах. Действительно, они провели свои эксперименты с электронными отходами, чтобы подчеркнуть их потенциал для превращения переработки в экономически выгодный источник РЗЭ.</p> <p>Они работают над адаптацией этой технологии к другим наборам редкоземельных элементов, а также над тем, чтобы она работала с высокими концентрациями РЗЭ, более близкими к промышленным источникам.</p> <p>Достижения в области разделения редкоземельных элементов могут оказать огромное влияние на цепочку поставок этих металлов. В Соединенных Штатах имеются крупные месторождения РЗЭ, но важные экологические и санитарные нормы не позволяют американской промышленности конкурировать с Китаем, где эти меры предосторожности гораздо слабее.</p> <p>«Более чистое и эффективное разделение этих элементов может потенциально открыть внутренние поставки редкоземельных элементов», — сказал Уилсон. Это было бы выигрышем для национальной безопасности и американской экономики, поскольку эти странные металлы становятся все более важными.</p> <p><strong>Дополнительная информация:</strong> Янъян Гао и др., Разделение редкоземельных элементов неодима и диспрозия с помощью хелатора из водных растворов на основе осаждения, <i>Angewandte Chemie International Edition</i> (2024). DOI: 10.1002/anie.202410233 </p> <p><strong>Информация о журнале:</strong> Angewandte Chemie International Edition </p> <p> Предоставлено Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре </p> </div></div><div class=

Предыдущая статьяОпрос показывает поддержку школьной подготовки по вопросам психического здоровья, но 45% не верят, что большинство школьных сотрудников прошли ее
Следующая статьяМы рассмотрели 100 исследований о маленьких детях и экранах — вот четыре способа помочь вашему ребенку правильно ими пользоваться

Новости сегодня

Последние новости

ВЫБОР РЕДАКТОРА

ПОПУЛЯРНЫЕ СООБЩЕНИЯ

ПОПУЛЯРНАЯ КАТЕГОРИЯ

© Промышленное информационное агентство