Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Мидии вдохновляют на экологически чистый способ извлечения важных редкоземельных элементов

Мидии вдохновляют на экологически чистый способ извлечения важных редкоземельных элементов
Мидии вдохновляют на экологически чистый способ извлечения важных редкоземельных элементов

Вокруг редкоземельных элементов (РЗЭ) существует загадка. Они играют ключевую роль в экологически чистой энергетике, поскольку они жизненно важны для производства легких, эффективных батарей и основных компонентов ветряных турбин. И наоборот, традиционное извлечение этих элементов вызывает экологические проблемы, начиная от разрушения среды обитания до загрязнения воды и воздуха и заканчивая большим количеством энергии, необходимой для извлечения и обработки этих элементов.

Чтобы решить эту проблему, исследователи штата Пенсильвания нашли вдохновение под водой: липкость мидий. Имитируя этот природный клей, исследователи разработали новое наноцеллюлозное покрытие (MINC), вдохновленное мидиями, которое продемонстрировало то, что они называют «замечательной, даже удивительной», способностью извлекать РЗЭ из вторичных источников, таких как промышленные сточные воды, без использования большого количества энергии. .

Команда опубликовала работу 31 июля в ACS Applied Materials and Interfaces . В сентябре он появится на обложке журнала.

Мидии обладают замечательной способностью прилипать к поверхностям под водой благодаря адгезивным свойствам молекул на основе катехолов, обнаруженных в белках мидий. MINC отражает это, состоя из ультра-крошечных волосатых нанокристаллов целлюлозы с уникальными липкими свойствами. MINC наносится на субстрат с помощью метода, называемого формированием рекламного слоя, опосредованного дофамином. Химическая реакция позволяет MINC образовывать тонкий слой молекул на поверхности, что делает его способным прилипать к широкому спектру субстратов.

«Подход MINC предлагает устойчивую и экологически чистую альтернативу традиционным методам экстракции, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду и способствуя долгосрочной доступности критических элементов», — сказал ведущий автор Амир Шейхи, доцент кафедры химической инженерии и биомедицинской инженерии.

Исследователи сосредоточились на применении MINC для извлечения определенного РЗЭ, неодима. Министерство энергетики США причислило неодим к критически важным материалам из-за нехватки поставок и его сильного влияния на новые устойчивые технологии, такие как аккумуляторы для электромобилей и магниты, используемые в системах питания для электромобилей и ветряных турбин.

Однако «редкая» часть редкоземельных элементов особенно актуальна для неодима, поскольку отсутствие готовых к извлечению поставок этого критического элемента вынуждает извлекать его из вторичных источников, таких как переработка промышленных сточных вод. По словам Шейхи, это может быть как неэффективным, так и энергоемким.

«Ограниченное глобальное предложение неодима и воздействие современных методов добычи на окружающую среду требуют разработки экологически безопасных и устойчивых подходов к извлечению РЗЭ», — сказал Шейхи, пояснив, что в традиционных методах добычи используется значительное количество токсичных химикатов, таких как керосин, для очистить целевой элемент.

«В предшествующих методах экстракции редкоземельных элементов использовались адсорбенты, такие как альгинатные гели, золь-гель материалы с фосфором, нанотрубки и пористый углерод, но эти методы демонстрируют ограниченную эффективность».

Покрытие MINC является для неодима тем же, чем магнит для железа, вытягивая РЗЭ из воды, даже если этот элемент присутствует только в количествах, ограниченных миллионными частями.

«Проблема извлечения неодима заключается в достижении эффективного и селективного его удаления при низких концентрациях», — сказал Шейхи. «MINC, представленный в этом исследовании, предлагает улучшенную селективность и способность к удалению неодима, преодолевая ограничения предыдущих методов».

Эта селективность позволяет MINC избежать извлечения нежелательных элементов, таких как натрий и кальций, которые, по словам Шейхи, будут напрасной тратой времени и энергии , если их придется фильтровать для дальнейшей очистки неодима.

«Общественность и общество выиграют от этой работы за счет возможности увеличения доступности неодима, важнейшего элемента не только для разработки технологий экологически чистой энергии , но и для создания новых медицинских и электронных устройств », — сказал Шейхи, отметив, что он планирует исследовать как метод MINC может работать для извлечения других РЗЭ.

«Предоставив устойчивый и эффективный метод извлечения неодима , это исследование способствует продвижению этих технологий и помогает решить проблемы нехватки поставок, и, в свою очередь, увеличит возможность использования этой технологии в других усилиях по извлечению РЗЭ в будущем».

Теги: биотехнологии, океан

В тренде