I metalli nobili come il platino e il palladio stanno diventando sempre più importanti a causa della crescita di applicazioni rispettose dell'ambiente come celle a combustibile e catalizzatori per il controllo dell'inquinamento. Ma il mondo ha quantità limitate di questi materiali, il che significa che i produttori dovranno fare affidamento su processi di riciclaggio efficienti per soddisfare la domanda.

I processi di riciclaggio esistenti utilizzano una combinazione di due acidi inorganici noti come "aqua regia" per dissolvere i metalli nobili, una classe di materiali che include platino, palladio, oro e argento. Ma poiché i metalli sono spesso disciolti insieme, le impurità introdotte nel processo di riciclaggio possono danneggiare l'efficienza dei catalizzatori prodotti dai materiali riciclati. Ora, i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno sviluppato un nuovo processo con solventi organici che può aiutare ad affrontare il problema e aprire nuove possibilità per l'utilizzo di questi metalli nella terapia del cancro, microelettronica e altre applicazioni.

Il nuovo sistema di solventi Georgia Tech utilizza una combinazione di due sostanze chimiche:cloruro di tionile e una varietà di reagenti organici come piridina, N, N-dimetilformammide (DMF), pirimidina o imidazolo. Le concentrazioni possono essere regolate per dissolvere preferenzialmente oro o palladio, e, cosa più importante, nessuna combinazione di sostanze chimiche organiche dissolve il platino. Questa capacità di dissolvere in modo preferenziale i metalli nobili crea un sistema personalizzato che fornisce un alto livello di controllo sul processo.

"Dobbiamo essere in grado di dissolvere selettivamente questi metalli nobili per garantirne la purezza in una varietà di importanti applicazioni, " disse C.P. Wong, un professore Regents presso la Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Anche se non abbiamo ancora compreso appieno come funziona, crediamo che questo sistema apra molte nuove possibilità per l'utilizzo di questi metalli".

Un articolo che descrive la ricerca è stato pubblicato di recente sulla rivista Angewandte Chemie .

Sistemi catalizzatori che utilizzano più di un metallo, come il palladio con anima in oro, sono sempre più utilizzati nei processi industriali. Per riciclare quelli, il nuovo sistema di solventi - soprannominato "acqua regia organica" - potrebbe prima utilizzare una combinazione di cloruro di tionile e DMF per dissolvere l'oro, lasciando sfere cave di palladio. Quindi le sfere di palladio potrebbero essere sciolte usando una combinazione diversa.

Finora, i ricercatori hanno dimostrato che il sistema solvente può dissolvere selettivamente oro e palladio da una miscela di oro, palladio e platino. Lo hanno anche usato per rimuovere l'oro da una miscela di oro e palladio.

Oltre il riciclaggio, il nuovo sistema solvente potrebbe anche fornire nuovi modi di produrre agenti chemioterapici oncologici su scala nanometrica che coinvolgono questi metalli. E il nuovo approccio ai solventi potrebbe avere importanti implicazioni per l'industria elettronica, che utilizza metalli nobili che spesso devono essere rimossi dopo specifiche fasi di lavorazione. Al di là della selettività, il nuovo approccio offre anche altri vantaggi per la produzione di componenti elettronici:non viene lasciata alcuna contaminazione potenzialmente dannosa e la lavorazione viene eseguita in condizioni blande.

"Nella produzione di semiconduttori, le persone vogliono evitare che un catalizzatore metallico rimanga nei dispositivi, ma in molti casi, non possono utilizzare i processi a base d'acqua esistenti perché possono danneggiare gli ossidi dei semiconduttori e introdurre contaminazione con ioni liberi nella soluzione acquosa, " ha spiegato Wei Lin, un assistente di ricerca laureato nel laboratorio di Wong. "L'uso di questo sistema organico evita il problema dell'umidità."

L'uso del processo selettivo potrebbe anche facilitare il riciclaggio dei metalli nobili utilizzati nella produzione di componenti elettronici. filo-incollaggio, i processi di metallizzazione e di interconnessione utilizzano attualmente metalli nobili.

I metalli nobili sono anche la base per agenti chemioterapici ampiamente utilizzati, ma la chimica della loro sintesi comporta un complesso processo di tensioattivi e precursori. Wong ritiene che il nuovo processo con solvente Georgia Tech possa consentire la creazione di nuovi composti che potrebbero offrire migliori effetti terapeutici.

"Speriamo che questo apra nuovi modi per produrre questi importanti composti farmaceutici, nonché nuovi sistemi catalitici di oro e palladio, " Egli ha detto.

Lin ha scoperto per caso il nuovo sistema di solventi nel 2007 mentre utilizzava il cloruro di tionile in un progetto non correlato che prevedeva il legame di nanotubi di carbonio a un substrato d'oro. "Ho lasciato il mio campione nella soluzione e sono andato a pranzo, " ha ricordato. "Poi ho ricevuto un paio di telefonate e il campione è rimasto nella soluzione per troppo tempo. Quando l'ho tirato fuori, l'oro era sparito."

I ricercatori sono stati incuriositi dalla scoperta e hanno cercato una spiegazione poiché avevano tempo negli ultimi tre anni. Hanno testato altri reagenti mescolati con il cloruro di tionile, e apprese le proporzioni necessarie per la dissoluzione selettiva del palladio e dell'oro. Hanno lavorato con altri ricercatori della Georgia Tech, tra cui il pioniere delle nanotecnologie Zhong Lin Wang, per sviluppare una comprensione fondamentale del processo – una ricerca che continua.

Le sostanze chimiche utilizzate dal team di ricerca della Georgia Tech sono ben note in chimica organica, e sono usati oggi nella sintesi dei polimeri. Al di là della loro selettività, il nuovo sistema a solvente è più rispettoso dell'ambiente rispetto all'acqua regia tradizionale, che è una combinazione di acido nitrico concentrato e acido cloridrico, e può funzionare in condizioni miti. I potenziali svantaggi rispetto all'acqua regia tradizionale includono costi più elevati e tassi di dissoluzione più lenti.

"Abbiamo aperto un nuovo approccio ai metalli nobili utilizzando la chimica organica, " ha aggiunto Wong. "Non comprendiamo ancora a fondo il meccanismo con cui funziona, ma speriamo di sviluppare una comprensione più completa che possa portare a ulteriori applicazioni".