納米技術助力從電子垃圾中回收稀土元素

賓夕法尼亞州立大學化學工程系助理教授Amir Sheikhi發現了一種利用植物纖維素分離和回收稀土元素的新工藝，用於從電子垃圾如舊電腦和電路板中分離稀土元素。

製造商依靠像釹這樣的稀土元素來製造強大的磁鐵，用於電子產品的電機，包括混合動力汽車、飛機發電機、揚聲器、硬碟和入耳式耳機。但是，含有釹的礦藏比較少，只在全球各地的少數幾個地方發現。

隨著一些行業對釹的需求不斷增加，人們的注意力已經轉向回收在舊電腦和印刷電路板中發現的元素，也就是所謂的電子垃圾，以滿足需求。但是從電子垃圾中發現的其他礦物和部件中分離出有價值的元素被證明是一個挑戰。

在《化學工程雜誌》最近發表的一篇論文中，賓夕法尼亞州立大學化學工程和生物醫學工程系助理教授Amir Sheikhi詳細介紹了利用植物纖維素分離釹的新納米技術，這種纖維素存在於紙張、棉花和紙漿中。Patrictia Wamea是Sheikhi實驗室的前成員。

據Sheikhi說，在這個過程中，毛狀纖維素納米晶體，即源自纖維素纖維的納米粒子，選擇性地與釹離子結合，將它們與其他離子，如鐵、鈣和鈉，分離。這些納米顆粒被稱為“毛髮”，因為它們的兩端連接著纖維素鏈，這些纖維素鏈發揮著關鍵的化學功能。

為了做到這一點，研究人員對納米粒子的毛髮層進行了負電處理，以便吸引並與帶正電的釹離子結合，從而使粒子聚集成更大的碎片，然後可以有效地回收和再利用。

“該工藝在其去除能力、選擇性和速度方面都很有效，”Sheikhi說。“它可以在幾秒鐘內通過選擇性地將釹元素從一些測試的雜質中分離出來。”

Sheikhi說，目前的稀土元素回收過程對環境有害。它們通常使用高酸性條件，在化學反應中提取元素。Sheikhi的工藝是環境友好的，因為它使用了纖維素，這是一種廉價的可再生資源。傳統的採礦過程是危險和昂貴的，露天開採會對環境產生有害影響。

“使用纖維素作為主劑是一種可持續的、具有成本效益的、清潔的解決方案，”謝克希說。“利用這一過程，美國將能夠與中國等其他巨頭競爭，回收稀土材料並獨立生產。”據Sheikhi說，中國是釹的主要出口國，出口量占世界該材料供應量的70%以上。

除了電子垃圾之外，像釹這樣的稀土元素也可以從工業廢水、採礦尾礦和不再使用的永久磁鐵中提取。Sheikhi說，在未來，他希望基於纖維素的吸附過程也能應用于這些來源。

“對稀土回收的這一貢獻將對幾個行業產生戰略和經濟上可行的影響，”Sheikhi說。“我們回收的釹越多，我們就越能製造電動和混合動力汽車以及風力渦輪機，從而減少對環境的壓力。”

• < 前一頁
• 下一個 >