從電子垃圾中回收稀土元素

制造商依靠釹等稀土元素來制造強磁鐵，用于電子產品的電機，包括混合動力汽車、飛機發電機、揚聲器、硬盤驅動器和入耳式耳機。但是含有釹的礦床很難到達，地球上只有少數幾個地方可以找到。

隨著多個行業對釹的需求不斷增加，人們的注意力已轉向回收舊計算機和印刷電路板中的元素(也稱為電子廢物)以滿足需求。但從電子垃圾中發現的其他礦物質和成分中分離出有價值的元素被證明是一個挑戰。

在最近發表在《化學工程雜志》上的一篇論文中，賓夕法尼亞州立大學化學工程和生物醫學工程助理教授 Amir Sheikhi詳細介紹了一種使用植物纖維素分離釹的新納米技術，植物纖維素存在于紙張、棉花和紙漿中。帕特里夏·瓦米亞 (Patrictia Wamea) 是 Sheikhi 實驗室的前成員，于 5 月畢業并獲得理學碩士學位，她與他人合著了這篇論文，并因其貢獻于 2021 年秋季獲得了賓夕法尼亞州化學工程部年度最佳論文獎。

Sheikhi 表示，在此過程中，毛狀纖維素納米晶體，即源自纖維素原纖維的納米粒子，選擇性地與釹離子結合，將它們與其他離子(如鐵、鈣和鈉)分開。納米粒子被稱為“毛狀”，因為纖維素鏈連接在它們的兩端，執行關鍵的化學功能。

為此，研究人員使納米顆粒的毛層帶負電，以吸引帶正電的釹離子并與之結合，從而使顆粒聚集成更大的碎片，然后可以有效地回收和再利用。

“該過程在去除能力、選擇性和速度方面是有效的，”Sheikhi 說。“它可以通過從一些測試雜質中選擇性地去除元素來在幾秒鐘內分離釹。”

當前難得的土元素的回收過程對環境有害的，根據Sheikhi。他們經常使用強酸性條件來提取化學反應中的元素。Sheikhi 的工藝對環境友好，因為它使用纖維素，這是一種廉價的可再生資源。傳統的采礦過程既危險又昂貴，露天采礦會對環境造成有害影響。

“使用纖維素作為主要成分是一種可持續的、具有成本效益的清潔解決方案，”Sheikhi 說。“通過這個過程，將能夠與中國等其他大國競爭回收稀土材料并獨立生產。”

據 Sheikhi 稱，中國是釹的主要出口國，出口了全球 70% 以上的材料。

除了電子垃圾之外，還可以從不再使用的工業廢水、采礦尾礦和永磁體中提取釹等稀土元素。未來，Sheikhi 說他希望基于纖維素的吸附過程也可以應用于這些來源。

“對稀土回收的這種貢獻將對多個行業產生戰略性和經濟上可行的影響，”Sheikhi 說。“我們回收的釹越多，我們就越能制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。”