纳米技术助力从电子垃圾中回收稀土元素

宾夕法尼亚州立大学化学工程系助理教授Amir Sheikhi发现了一种利用植物纤维素分离和回收稀土元素的新工艺，用于从电子垃圾如旧电脑和电路板中分离稀土元素。

制造商依靠像钕这样的稀土元素来制造强大的磁铁，用于电子产品的电机，包括混合动力汽车、飞机发电机、扬声器、硬盘和入耳式耳机。但是，含有钕的矿藏比较少，只在全球各地的少数几个地方发现。

随着一些行业对钕的需求不断增加，人们的注意力已经转向回收在旧电脑和印刷电路板中发现的元素，也就是所谓的电子垃圾，以满足需求。但是从电子垃圾中发现的其他矿物和部件中分离出有价值的元素被证明是一个挑战。

在《化学工程杂志》最近发表的一篇论文中，宾夕法尼亚州立大学化学工程和生物医学工程系助理教授Amir Sheikhi详细介绍了利用植物纤维素分离钕的新纳米技术，这种纤维素存在于纸张、棉花和纸浆中。Patrictia Wamea是Sheikhi实验室的前成员。

据Sheikhi说，在这个过程中，毛状纤维素纳米晶体，即源自纤维素纤维的纳米粒子，选择性地与钕离子结合，将它们与其他离子，如铁、钙和钠，分离。这些纳米颗粒被称为“毛发”，因为它们的两端连接着纤维素链，这些纤维素链发挥着关键的化学功能。

为了做到这一点，研究人员对纳米粒子的毛发层进行了负电处理，以便吸引并与带正电的钕离子结合，从而使粒子聚集成更大的碎片，然后可以有效地回收和再利用。

“该工艺在其去除能力、选择性和速度方面都很有效，”Sheikhi说。“它可以在几秒钟内通过选择性地将钕元素从一些测试的杂质中分离出来。”

Sheikhi说，目前的稀土元素回收过程对环境有害。它们通常使用高酸性条件，在化学反应中提取元素。Sheikhi的工艺是环境友好的，因为它使用了纤维素，这是一种廉价的可再生资源。传统的采矿过程是危险和昂贵的，露天开采会对环境产生有害影响。

“使用纤维素作为主剂是一种可持续的、具有成本效益的、清洁的解决方案，”谢克希说。“利用这一过程，美国将能够与中国等其他巨头竞争，回收稀土材料并独立生产。”据Sheikhi说，中国是钕的主要出口国，出口量占世界该材料供应量的70%以上。

除了电子垃圾之外，像钕这样的稀土元素也可以从工业废水、采矿尾矿和不再使用的永久磁铁中提取。Sheikhi说，在未来，他希望基于纤维素的吸附过程也能应用于这些来源。

“对稀土回收的这一贡献将对几个行业产生战略和经济上可行的影响，”Sheikhi说。“我们回收的钕越多，我们就越能制造电动和混合动力汽车以及风力涡轮机，从而减少对环境的压力。”

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