فناوری تازه برای شکار فلزات با الیاف گیاهی

پژوهشگران Penn State موفق به توسعه نوعی فیلتر زیستی مبتنی بر نانوسلولز شده‌اند که می‌تواند یکی از عناصر کمیاب و راهبردی موسوم به دیسپروزیم را از میان سایر عناصر مشابه جدا کند؛ دستاوردی که می‌تواند روشی پاک‌تر و کم‌هزینه‌تر برای بازیابی فلزات کمیاب فراهم کند.

به گزارش interestingengineering، این ماده جدید از سلولز گیاهی اصلاح‌شده ساخته شده و قادر است عنصر دیسپروزیم را که در تولید نیمه‌رساناها، موتور‌های الکتریکی و ژنراتور‌ها کاربرد دارد به‌صورت انتخابی از مخلوط عناصر نادر خاکی جدا کند.

عناصر نادر خاکی نقش حیاتی در صنایع الکترونیک

 تولید آهنربا‌های قدرتمند و سامانه‌های انرژی دارند؛ اما جداسازی آنها از یکدیگر بسیار دشوار است و در روش‌های رایج صنعتی اغلب به فرایند‌های شیمیایی پیچیده، حلال‌های سمی و مصرف بالای انرژی نیاز دارد. پژوهشگران می‌گویند روش مبتنی بر سلولز می‌تواند جایگزینی ساده‌تر و سازگارتر با محیط زیست باشد.

این پژوهش بر عنصر دیسپروزیم تمرکز دارد؛ یکی از عناصر سنگین خاکی کمیاب که برای افزایش مقاومت حرارتی آهنربا‌ها و همچنین پایدارسازی میله‌های کنترل در راکتور‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد تقاضا برای این عنصر در دهه‌های آینده به‌طور چشمگیری افزایش خواهد یافت.

به گفته Amir Sheikhi، استاد مهندسی شیمی با پیشرفت فناوری نیاز صنایع به دیسپروزیم به‌سرعت در حال رشد است و برخی برآورد‌ها نشان می‌دهد تقاضا برای این ماده طی ۲۵ سال آینده ممکن است بیش از ۲۵ برابر افزایش یابد.

جداسازی فلزات با الیاف گیاهی

در این روش پژوهشگران ساختار مولکولی سلولز را تغییر دادند و ماده‌ای در مقیاس نانو با طول تقریبی ۱۰۰ نانومتر تولید کردند که نانوبلور‌های سلولزی مویی آنیونی نام دارد. سطح این ذرات دارای زنجیره‌های بسیار ریزی است که می‌توانند با یون‌های فلزی موجود در محلول واکنش دهند.

زمانی که این ماده به محلولی حاوی نئودیمیوم و دیسپروزیم افزوده شد نانوسلولز توانست از طریق فرآیند جذب دیسپروزیم را به‌صورت انتخابی به دام بیندازد.

پژوهشگران دریافتند زنجیره‌های اصلاح‌شده سلولز در حضور دیسپروزیم رفتار متفاوتی نشان می‌دهند و همین ویژگی باعث جداسازی این عنصر از سایر فلزات مشابه می‌شود. به گفته آنها شباهت بسیار زیاد ساختار شیمیایی عناصر نادر خاکی باعث شده جداسازی آنها در گذشته بسیار دشوار باشد.

نتایج این تحقیق نشان داد که تنها نوع گروه‌های شیمیایی عامل تعیین‌کننده در جداسازی نیست بلکه نحوه قرارگیری و ساختار این گروه‌ها روی نانوسلولز نیز نقش مهمی ایفا می‌کند.

به گفته شیخی این نخستین نمونه شناخته‌شده از یک جاذب مبتنی بر سلولز است که می‌تواند میان عناصر سنگین و سبک خاکی کمیاب به‌طور انتخابی تمایز ایجاد کند. او تأکید کرد که این فرایند بسیار ساده است و تنها با افزودن نانوسلولز به محلول می‌توان فلزات را جدا کرد.

گامی به سوی بازیابی پاک‌تر عناصر کمیاب

تاسیسات متداول جداسازی عناصر نادر خاکی معمولا به زیرساخت‌های صنعتی بزرگ و حجم زیادی از مواد شیمیایی نیاز دارند. پژوهشگران معتقدند فناوری جدید می‌تواند مصرف مواد شیمیایی را کاهش داده و در صورت توسعه صنعتی، اثرات زیست‌محیطی این فرآیند‌ها را کمتر کند.

گام بعدی این تیم تحقیقاتی بهبود این ماده و آزمایش آن برای جداسازی سایر عناصر کمیاب است. همچنین افزایش مقیاس تولید و بهبود بازده بازیابی فلزات از اهداف بعدی این پروژه اعلام شده است.

در صورت موفقیت این روش می‌تواند به توسعه بازیافت عناصر کمیاب و کاهش وابستگی کشور‌ها به واردات این مواد کمک کند؛ موادی که با رشد بازار خودرو‌های برقی و فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر تقاضای آنها به‌سرعت در حال افزایش است.

نتایج این پژوهش در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.

انتهای پیام/