制造商依靠釹等稀土元素來(lái)制造強(qiáng)磁鐵，用于電子產(chǎn)品的電機(jī)，包括混合動(dòng)力汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)電機(jī)、揚(yáng)聲器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和入耳式耳機(jī)。但是含有釹的礦床很難到達(dá)，地球上只有少數(shù)幾個(gè)地方可以找到。

隨著多個(gè)行業(yè)對(duì)釹的需求不斷增加，人們的注意力已轉(zhuǎn)向回收舊計(jì)算機(jī)和印刷電路板中的元素(也稱(chēng)為電子廢物)以滿(mǎn)足需求。但從電子垃圾中發(fā)現(xiàn)的其他礦物質(zhì)和成分中分離出有價(jià)值的元素被證明是一個(gè)挑戰(zhàn)。

在最近發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上的一篇論文中，賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授 Amir Sheikhi詳細(xì)介紹了一種使用植物纖維素分離釹的新納米技術(shù)，植物纖維素存在于紙張、棉花和紙漿中。帕特里夏·瓦米亞 (Patrictia Wamea) 是 Sheikhi 實(shí)驗(yàn)室的前成員，于 5 月畢業(yè)并獲得理學(xué)碩士學(xué)位，她與他人合著了這篇論文，并因其貢獻(xiàn)于 2021 年秋季獲得了賓夕法尼亞州化學(xué)工程部年度最佳論文獎(jiǎng)。

Sheikhi 表示，在此過(guò)程中，毛狀纖維素納米晶體，即源自纖維素原纖維的納米粒子，選擇性地與釹離子結(jié)合，將它們與其他離子(如鐵、鈣和鈉)分開(kāi)。納米粒子被稱(chēng)為“毛狀”，因?yàn)槔w維素鏈連接在它們的兩端，執(zhí)行關(guān)鍵的化學(xué)功能。

為此，研究人員使納米顆粒的毛層帶負(fù)電，以吸引帶正電的釹離子并與之結(jié)合，從而使顆粒聚集成更大的碎片，然后可以有效地回收和再利用。

“該過(guò)程在去除能力、選擇性和速度方面是有效的，”Sheikhi 說(shuō)。“它可以通過(guò)從一些測(cè)試雜質(zhì)中選擇性地去除元素來(lái)在幾秒鐘內(nèi)分離釹。”

當(dāng)前難得的土元素的回收過(guò)程對(duì)環(huán)境有害的，根據(jù)Sheikhi。他們經(jīng)常使用強(qiáng)酸性條件來(lái)提取化學(xué)反應(yīng)中的元素。Sheikhi 的工藝對(duì)環(huán)境友好，因?yàn)樗褂美w維素，這是一種廉價(jià)的可再生資源。傳統(tǒng)的采礦過(guò)程既危險(xiǎn)又昂貴，露天采礦會(huì)對(duì)環(huán)境造成有害影響。

“使用纖維素作為主要成分是一種可持續(xù)的、具有成本效益的清潔解決方案，”Sheikhi 說(shuō)。“通過(guò)這個(gè)過(guò)程，將能夠與中國(guó)等其他大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)回收稀土材料并獨(dú)立生產(chǎn)。”

據(jù) Sheikhi 稱(chēng)，中國(guó)是釹的主要出口國(guó)，出口了全球 70% 以上的材料。

除了電子垃圾之外，還可以從不再使用的工業(yè)廢水、采礦尾礦和永磁體中提取釹等稀土元素。未來(lái)，Sheikhi 說(shuō)他希望基于纖維素的吸附過(guò)程也可以應(yīng)用于這些來(lái)源。

“對(duì)稀土回收的這種貢獻(xiàn)將對(duì)多個(gè)行業(yè)產(chǎn)生戰(zhàn)略性和經(jīng)濟(jì)上可行的影響，”Sheikhi 說(shuō)。“我們回收的釹越多，我們就越能制造電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車(chē)以及風(fēng)力渦輪機(jī)，從而減少對(duì)環(huán)境的壓力。”