Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Phương pháp mới thân thiện với môi trường có thể chiết tách các nguyên tố đất hiếm (15/10/2021)

Nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Penn và Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) đã đưa ra một phương pháp mới cải thiện khả năng chiết xuất và tách các nguyên tố đất hiếm (gồm 17 nguyên tố quan trọng đối với các công nghệ như điện thoại thông minh và pin ô tô điện) từ các nguồn không phổ biến. Các nhà khoa học đã chứng minh một phương pháp thân thiện với môi trường có khả năng chiết xuất các kim loại đất hiếm và tách riêng mỗi loại, đó là sử dụng một loại protein được phân lập từ vi khuẩn. Phương pháp này có thể được mở rộng để phát triển nguồn cung kim loại đất hiếm trong nước từ chất thải công nghiệp và thiết bị điện tử được tái chế.

"Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các nguyên tố đất hiếm cho các công nghệ năng lượng sạch mới nổi, chúng ta cần giải quyết một số thách thức trong chuỗi cung ứng", PGS. Joseph Cotruvo Jr., đồng tác giả nghiên cứu nói. "Trong đó có việc cải thiện hiệu quả và giảm bớt gánh nặng môi trường của quá trình chiết tách kim loại đất hiếm. Trong nghiên cứu này, chúng tôi chứng minh một phương pháp mới triển vọng sử dụng loại protein tự nhiên, có thể được mở rộng để chiết xuất và tách các nguyên tố đất hiếm khỏi các nguồn thải cấp thấp như chất thải công nghiệp".

Vì Hoa Kỳ hiện phải nhập khẩu hầu hết các nguyên tố đất hiếm, nên quốc gia này đặt trọng tâm mới là tạo ra một nguồn cung đất hiếm ở trong nước từ các nguồn mới như chất thải công nghiệp từ hoạt động đốt than và khai thác các kim loại khác, cũng như chất thải điện tử từ điện thoại di động và nhiều loại khác vật liệu. Các nguồn cung này rất lớn nhưng được coi là "cấp thấp", vì đất hiếm được trộn với nhiều kim loại khác và hàm lượng đất hiếm quá thấp để các quy trình truyền thống có thể chiết tách hiệu quả. Hơn nữa, các phương pháp khai thác và phân tách hiện nay phụ thuộc vào các hóa chất mạnh, sử dụng nhiều lao động, đôi khi trải qua hàng trăm bước, gây phát sinh khối lượng lớn chất thải và đòi hỏi chi phí cao.

Phương pháp mới tận dụng lợi thế của một loại protein vi khuẩn có tên là lanmodulin, do nhóm nghiên cứu phát hiện trước đây, có khả năng liên kết với các nguyên tố đất hiếm tốt hơn gần một tỷ lần so với các kim loại khác. Bài báo mô tả quá trình này, đã được công bố trực tuyến vào ngày 8/10/2021 trên tạp chí ACS Central Science.

Đầu tiên, protein được cố định trên các hạt nhỏ bên trong một cột - ống thẳng đứng thường được sử dụng trong các quy trình công nghiệp - nơi nguyên liệu nguồn lỏng được thêm vào. Sau đó, protein liên kết với các nguyên tố đất hiếm trong mẫu, chỉ cho phép giữ lại đất hiếm trong cột và chất lỏng còn lại thoát ra ngoài. Sau đó, thông qua thay đổi các điều kiện như độ axit hoặc thêm các thành phần bổ sung, các kim loại sẽ tách khỏi protein và được thu lại. Thông qua thay đổi các điều kiện theo trình tự, có thể tách riêng các nguyên tố đất hiếm.

Nhóm nghiên cứu đã tách yttrium (Y) khỏi neodymium (Nd) - có nhiều trong các mỏ đất hiếm nguyên sinh và các sản phẩm phụ từ than - với độ tinh khiết hơn 99%. Các nhà khoa học cũng tách neodymium khỏi dysprosi (Dy) - liên kết đôi quan trọng thường thấy trong rác thải điện tử - với độ tinh khiết hơn 99,9% chỉ trong một hoặc hai chu kỳ, tùy thuộc vào thành phần kim loại ban đầu.

Ziye Dong, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Độ tinh khiết cao của neodymium và dysprosi được thu hồi, có thể sánh ngang với các phương pháp tách khác và được thực hiện theo nhiều hoặc ít bước hơn mà không cần đến dung môi hữu cơ mạnh. Vì protein được sử dụng trong nhiều chu kỳ, nên đây là giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hấp dẫn cho các phương pháp hiện có".

Các nhà nghiên cứu không nghĩ rằng phương pháp của họ nhất thiết sẽ thay thế quy trình khai thác lỏng-lỏng hiện thường được sử dụng để sản xuất khối lượng lớn các nguyên tố đất hiếm nhẹ hơn từ các nguồn cấp cao. Thay vào đó, phương pháp mới sẽ cho phép sử dụng hiệu quả các nguồn cấp thấp và đặc biệt là để khai thác và tách các loại đất hiếm nặng hiếm hơn và thường có giá trị cao nhiều.

Các nhà nghiên cứu lên kế hoạch tối ưu hóa phương pháp mới để chỉ cần trải qua ít chu kỳ mà đã thu được các sản phẩm có độ tinh khiết cao và có thể mở rộng để sử dụng trên quy mô công nghiệp.

Nguồn: N.P.D/vista.gov.vn

Ngày cập nhật: 13/10/2021

 https://vista.gov.vn/news/cac-linh-vuc-khoa-hoc-va-cong-nghe/phuong-phap-moi-than-thien-voi-moi-truong-co-the-chiet-tach-cac-nguyen-to-dat-hiem-4103.html