Исследователи в Университете Пенсильвании теперь вели процесс, который мог позволить эффективную переработку двух из этих металлов, неодимия и dysprosium. Эти элементы включают маленькие, сильные магниты, которые найдены во многих высокотехнологичных устройствах.В отличие от крупного и энергоемкого производственного процесса, в настоящее время используемого, чтобы отделить редкие земли, метод команды Пенна работает почти мгновенно при комнатной температуре и лабораторном оборудовании стандарта использования.Сорсинг неодимия и dysprosium от используемой электроники, а не земли увеличил бы их поставку при части финансового, стоимости окружающей среды и человеческого.
Исследование было лидерством Эриком Дж. Шелтером, доцентом в Отделе Химии в Школе Пенна Искусств & Наук и аспиранта Джастина Богарта.
Коннор А. Липпинкотт, студент бакалавриата в Vagelos Интегрированная Программа в энергетическом Исследовании и Патрик Дж. Кэрролл, директор Университета Пенсильвании делает рентген Средства Кристаллографии, также способствовали исследованию.
Это было издано в Angewandte Chemie, Международном Выпуске.«Неодимовые магниты не могут быть разбиты с точки зрения их свойств», сказал Шелтер. «Они дают Вам самую сильную сумму магнетизма для самой маленькой суммы материала и могут выступить в диапазоне температур».Эти тепловые качества достигнуты, смешав неодимий с другими элементами, включая редкоземельный металл dysprosium, в различных отношениях. Поскольку те отношения отличаются на основе применения, для которого используется магнит, эти два металла должны быть отделены и сделаны ремикс, прежде чем они смогут быть снова использованы.
«В принципе, легче вытащить неодимий и dysprosium из технологии, чем это должно возвратиться и мой больше полезных ископаемых, в которых они первоначально найдены», сказал Шелтер. «У тех полезных ископаемых есть пять элементов, чтобы отделиться, тогда как неодимовый магнит в генераторе ветряного двигателя только имеет два».В настоящее время, ли, очищая неодимий и dysprosium из полезных ископаемых или из старого двигателя электроприбора, тот же самый дорогостоящий и энергоемкий процесс используется.
Техника, известная как жидко-жидкое извлечение, включает распад композиционного материала и химически фильтрацию элементов обособленно. Процесс – повторенные тысячи времен, чтобы получить полезную чистоту редкоземельных металлов, и таким образом, он должен быть проведен в промышленных масштабах.
Вместо этого жидко-жидкого метода, команда Шелтера создала способ отделить эти два металла.«Когда мы начали», сказал Богарт, «наша цель состояла в том, чтобы сделать разделения редкоземельных элементов более простыми и более эффективными, и мы добились успехов только к этому. Мы проектировали способ отделить эти два металла, выборочно расторгнув неодимий в решении и оставив позади dysprosium как тело. Этот быстрый и легкий метод позволил нам разделять равные смеси металлов в образцы, которые на 95 процентов чисты».
Их метод, в течение минут, может отделить равную смесь этих двух элементов в образцы, которые на 95 процентов чисты.Начинаясь с этих двух элементов как смешанный порошок, связывающая металл молекула, известная, поскольку, лиганд применен. У типа лиганда, который проектировала исследовательская группа, есть три отделения, которые сходятся на металлических атомах и держат их в апертуре между их подсказками.
Из-за немного большего размера неодимия подсказки не добираются так близко друг к другу, как они делают вокруг dysprosium атомов.«Разница в размерах между этими двумя ионами не настолько значительная, который является, почему эта проблема разделения трудная», сказал Шелтер, «Но этого достаточно, чтобы заставить ту апертуру открываться больше для неодимия.
И, потому что это более открыто, один комплекс неодимия лиганда может объединиться с другим, и это действительно изменяет его растворимость».Комбинация двух неодимовых комплексов, известных как регулятор освещенности, заключает в капсулу неодимовые ионы, позволяя им распасться в растворителях как бензол или толуол. dysprosium комплексы не распадаются, позволяя этим двум металлам быть легко отделенными. Однажды обособленно, кислотная ванна может раздеть лиганд от обоих металлов, позволив ему быть переработанной также.
«Если у Вас есть правильный лиганд, Вы можете сделать это разделение через пять минут, тогда как жидко-жидкий метод извлечения занимает недели», сказал Шелтер. «Потенциальный магнитный переработчик, вероятно, не имеет капитала, чтобы вложить капитал в весь жидко-жидкий завод разделений, также – химическая технология, которая может мгновенно отделить эти элементы, позволяет переработчикам меньшего масштаба вытащить стоимость из своих материалов».Будущая работа включит улучшение стабильности лиганда, таким образом, это, менее вероятно, уменьшится, прежде чем металлы отделены.«Эти результаты воодушевляют», сказал Богарт. «Мы чувствуем, что через небольшие регуляторы системы, уровень чистоты мог быть увеличен еще больше».Дальнейшая модификация лиганда могла позволить другие редкие земли в технологических продуктах, таких как компактные люминесцентные лампы, чтобы быть переработанной этот путь.
Исследование было поддержано Ранней Карьерной Программой исследований Офиса американского Министерства энергетики Науки и Research Corporation для Научного Продвижения.