I produttori si affidano agli elementi delle terre rare, come il neodimio, per creare potenti magneti utilizzati nei motori per l'elettronica, comprese le auto ibride, i generatori di aerei, gli altoparlanti, i dischi rigidi e le cuffie in-ear. Ma i giacimenti minerari contenenti neodimio sono difficili da raggiungere e si trovano solo in pochi posti sulla Terra.

Con la crescente necessità di neodimio da diversi settori, l'attenzione si è rivolta al riciclaggio degli elementi presenti nei vecchi computer e nei circuiti stampati, altrimenti noti come rifiuti elettronici, per soddisfare la domanda. Ma separare gli elementi preziosi da altri minerali e componenti presenti nei rifiuti elettronici si rivela una sfida.

In un recente articolo sul Chemical Engineering Journal , Amir Sheikhi, assistente professore di ingegneria chimica e ingegneria biomedica, alla Penn State, descrive in dettaglio una nuova nanotecnologia per separare il neodimio utilizzando la cellulosa vegetale, che si trova nella carta, nel cotone e nella polpa. Patrictia Wamea, un ex membro del laboratorio di Sheikhi che si è laureata a maggio con un master in scienze, è coautrice del documento e ha vinto il premio annuale Best Paper del Dipartimento di ingegneria chimica del Penn State nell'autunno 2021 per i suoi contributi.

Nel processo, i nanocristalli di cellulosa pelosa, nanoparticelle derivate da fibrille di cellulosa, si legano selettivamente agli ioni neodimio, separandoli da altri ioni, come ferro, calcio e sodio, secondo Sheikhi. Le nanoparticelle sono conosciute come "pelose" a causa delle catene di cellulosa attaccate alle loro due estremità, che svolgono funzioni chimiche critiche.

Per fare ciò, i ricercatori hanno caricato negativamente gli strati pelosi delle nanoparticelle per attrarre e legarsi con gli ioni di neodimio caricati positivamente, con conseguente aggregazione delle particelle in pezzi più grandi che possono quindi essere efficacemente riciclati e riutilizzati.

"Il processo è efficace nella sua capacità di rimozione, selettività e velocità", ha affermato Sheikhi. "Può separare il neodimio in pochi secondi rimuovendo selettivamente l'elemento da alcune delle impurità testate".

Gli attuali processi di riciclaggio degli elementi delle terre rare sono dannosi per l'ambiente, secondo Sheikhi. Usano spesso condizioni altamente acide per estrarre gli elementi nelle reazioni chimiche. Il processo di Sheikhi è rispettoso dell'ambiente grazie al suo uso di cellulosa, che è una risorsa rinnovabile poco costosa. Il processo di estrazione tradizionale è pericoloso e costoso, con impatti ambientali dannosi derivanti dall'estrazione a cielo aperto.

"L'uso della cellulosa come agente principale è una soluzione sostenibile, economica e pulita", ha affermato Sheikhi. "Utilizzando questo processo, gli Stati Uniti saranno in grado di competere con altri giganti come la Cina per recuperare materiali di terre rare e produrli in modo indipendente".

La Cina è il principale esportatore di neodimio, secondo Sheikhi, esportando oltre il 70% della fornitura mondiale di materiale.

Oltre ai rifiuti elettronici, elementi di terre rare come il neodimio possono essere estratti dalle acque reflue industriali, dalle code minerarie e dai magneti permanenti che non sono più in uso. In futuro, Sheikhi ha affermato di sperare che il processo di adsorbimento a base di cellulosa possa essere applicato anche a quelle fonti.

"Questo contributo al riciclaggio delle terre rare avrà un impatto strategico ed economicamente sostenibile su diversi settori", ha affermato Sheikhi. "Più neodimio ricicliamo, più siamo in grado di produrre veicoli elettrici e ibridi e turbine eoliche, con un conseguente minore impatto sull'ambiente". + Esplora ulteriormente

Semplice processo di separazione per neodimio e disprosio