Ученые из Университета Пенсильвании создали первый в своем роде материал на основе растительной целлюлозы, способный селективно фильтровать редкоземельные металлы. Разработка открывает путь к более экологичным методам извлечения ценных элементов, необходимых для современной электроники и энергетики.
Исследователи модифицировали целлюлозу на молекулярном уровне, создав нанокристаллический материал размером около 100 нанометров. Эти частицы, известные как анионные «волосатые» нанокристаллы целлюлозы, покрыты цепными структурами, которые взаимодействуют с ионами металлов в растворе.
При добавлении в водную смесь, содержащую неодим и диспрозий, материал избирательно захватывает диспрозий через процесс адсорбции. Как отмечает руководитель исследования Амир Шейхи, доцент химической инженерии, это первый пример целлюлозного адсорбента, способного селективно фильтровать тяжелые и легкие редкоземельные элементы.
Традиционные методы разделения редкоземельных элементов требуют сложных промышленных установок с интенсивным использованием химических растворителей и большими энергозатратами. Новая целлюлозная технология предлагает более простой и экологичный подход.
«Наш процесс очень прост и эффективен. Мы просто добавляем наноцеллюлозу в раствор и разделяем металлы», – объясняет Шейхи.
Диспрозий - тяжелый редкоземельный элемент, используемый для улучшения термостойкости магнитов и стабилизации ядерных управляющих стержней. По прогнозам исследователей, спрос на этот материал может вырасти более чем на 2500% в следующие 25 лет из-за развития технологий.
Ранее команда уже использовала целлюлозные соединения для извлечения неодима из электронных отходов. Теперь они сосредоточились на диспрозии, стремясь более эффективно разделять тяжелые и легкие редкоземельные элементы.
Исследователи планируют дальнейшее усовершенствование материала и тестирование его способности изолировать другие редкоземельные элементы. Будущая работа будет сосредоточена на масштабировании процесса для потенциального промышленного использования и повышении эффективности восстановления.
В случае успеха метод может поддержать усилия по переработке и снизить зависимость от импорта редкоземельных материалов, особенно с учетом растущего спроса на электромобили и технологии возобновляемой энергетики.