Bjærgning af sjældne jordarter fra elektronisk affald

Producenter er afhængige af sjældne jordarters elementer, som neodym, til at skabe stærke magneter, der bruges i motorer til elektronik, herunder hybridbiler, flygeneratorer, højttalere, harddiske og øretelefoner. Men mineralforekomster, der indeholder neodym, er svære at nå og findes kun få steder på Jorden.

Med et stigende behov for neodym fra flere industrier er opmærksomheden rettet mod genbrug af de elementer, der findes i gamle computere og printplader, også kendt som elektronisk affald, for at imødekomme efterspørgslen. Men at adskille de værdifulde elementer fra andre mineraler og komponenter, der findes i e-affald, viser sig at være en udfordring.

I en nylig artikel i Chemical Engineering Journal , Amir Sheikhi, assisterende professor i kemiteknik og biomedicinsk teknik, ved Penn State, beskriver en ny nanoteknologi til at adskille neodym ved hjælp af plantecellulose, som findes i papir, bomuld og papirmasse. Patrictia Wamea, et tidligere medlem af Sheikhis laboratorium, som dimitterede i maj med en mastergrad i naturvidenskab, var medforfatter til papiret og modtog Penn State Department of Chemical Engineerings årlige pris for bedste papir i efteråret 2021 for sine bidrag.

I processen binder behårede cellulosenanokrystaller, nanopartikler afledt af cellulosefibriller, sig selektivt til neodymioner og adskiller dem fra andre ioner, såsom jern, calcium og natrium, ifølge Sheikhi. Nanopartiklerne er kendt som "hårede" på grund af cellulosekæder knyttet til deres to ender, som udfører kritiske kemiske funktioner.

For at gøre dette negativt ladede forskerne de behårede lag af nanopartiklerne for at tiltrække og binde med de positivt ladede neodymioner, hvilket resulterede i partikelaggregering til større stykker, som derefter effektivt kan genbruges og genbruges.

"Processen er effektiv i sin fjernelseskapacitet, selektivitet og i dens hastighed," sagde Sheikhi. "Det kan adskille neodym på få sekunder ved selektivt at fjerne elementet fra nogle af de testede urenheder."

Nuværende genbrugsprocesser for sjældne jordarter er miljømæssigt skadelige, ifølge Sheikhi. De bruger ofte meget sure forhold til at udtrække grundstofferne i kemiske reaktioner. Sheikhis proces er miljøvenlig på grund af dens brug af cellulose, som er en billig vedvarende ressource. Den traditionelle minedrift er farlig og dyr med skadelige miljøpåvirkninger fra minedrift i åbne brud.

"At bruge cellulose som hovedmiddel er en bæredygtig, omkostningseffektiv, ren løsning," sagde Sheikhi. "Ved at bruge denne proces vil USA være i stand til at konkurrere med andre giganter som Kina for at genvinde sjældne jordarters materialer og selvstændigt producere dem."

Kina er den førende eksportør af neodym, ifølge Sheikhi, og eksporterer mere end 70% af verdens forsyning af materialet.

Ud over e-affald kan sjældne jordarters elementer som neodym udvindes fra industrielt spildevand, minedriftshaler og permanente magneter, der ikke længere er i brug. I fremtiden sagde Sheikhi, at han håber, at den cellulosebaserede adsorptionsproces også kan anvendes på disse kilder.

"Dette bidrag til genanvendelse af sjældne jordarter vil have en strategisk og økonomisk levedygtig indvirkning på flere industrier," sagde Sheikhi. "Jo mere neodym vi genbruger, jo mere kan vi fremstille elektriske og hybride køretøjer og vindmøller, hvilket fører til mindre belastning af miljøet." + Udforsk yderligere

Enkel adskillelsesproces for neodym og dysprosium