Tay Tkacik, Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən

Stephanie Baum tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Penn State Universitetinin tədqiqatçıları bitkilərdən əldə edilən materialdan istifadə edərək, yarımkeçirici istehsalında və digər sahələrdə istifadə olunan ağır nadir torpaq elementi olan disprosiumu ayırmaq və bərpa etmək üçün bərpa olunan və davamlı bir yanaşma hazırlayıblar. Müəllif: Kate Myers / Penn State

Pensilvaniya Dövlət Universitetinin kimya mühəndisliyi üzrə dosenti Əmir Şeyxinin sözlərinə görə, nadir torpaq elementlərinin mobil telefonlar, maqnitlər və bir çox digər istehlakçı və kommersiya elektronikasının istehsalında əhəmiyyətinə baxmayaraq, bu metalların əldə edilməsinə davamlı və ekoloji cəhətdən təmiz yanaşmanın olmaması qlobal qıtlığa səbəb olub.

Şeyxi, bu yaxınlarda Advanced Functional Materials jurnalında dərc olunmuş və yarımkeçiricilər, mühərriklər, generatorlar və daha çox şeyin istehsalında istifadə olunan nadir torpaq elementi olan disprosiumun təcrid edilməsi və bərpası üçün yeni bir texnologiya təklif edən bir məqalənin əsas tədqiqatçısıdır .

Metalları ayırmaq üçün sellülozadan istifadə

Komanda, disprosiumu digər elementlərdən sellüloza ilə ayırmaq üçün bitki hüceyrələrinin divarlarında tapılan bol və vacib bir tikinti materialı olan sellülozadan istifadə etdi. Tədqiqatçıların fikrincə, bu yanaşma digər kommersiya yanaşmalarına nisbətən daha ekoloji cəhətdən təmiz, eləcə də daha davamlı və səmərəlidir.

Nadir torpaq elementləri kimi təsnif edilən 17 metal, kimyəvi tərkibinə görə ağır və ya yüngül kimi təsnif edilə bilər, deyə Şeyxinin sözlərinə görə, Doroti Foehr Huck və J. Lloyd Huck Biomateriallar və Regenerativ Mühəndislik üzrə Erkən Karyera Kafedrası tituluna da sahibdir. Onun komandası əvvəllər güclü maqnitlər hazırlamaq üçün istifadə edilən yüngül nadir torpaq elementi olan neodimiumu kompüterlərdən təkrar emal olunmuş dövrə lövhələri kimi elektron tullantılardan uğurla xilas etmək üçün sellüloza əsaslı birləşmələrdən istifadə etmişdi.

Lakin, bu yanaşma hələ disprosiumu, xüsusən də nüvə idarəetmə çubuqlarını termal olaraq sabit saxlamaq kimi şeylər üçün istifadə edilə bilən ağır nadir torpaq elementini təcrid etmək və bərpa etmək üçün istifadə edilməmişdi.

Bio-Soft Materials Laboratoriyasının təsisçi direktoru Şeyxi bildirib ki, “Texnologiya inkişaf etdikcə istehsalçılar getdikcə daha çox disprosiuma ehtiyac duyacaqlar – bəzi proqnozlar bu materiala tələbatın növbəti 25 ildə 2500%-dən çox artacağını təxmin edir. Bu materialı bərpa etmək üçün davamlı və ekoloji cəhətdən təmiz bir yola sahib olmaq ABŞ-ın Çin kimi ölkələrlə rəqabət qabiliyyətini qorumasına strateji cəhətdən kömək edəcək.”

Şeyxinin sözlərinə görə, nadir torpaq elementlərini ayırmaq üçün kommersiyalaşdırılmış yanaşmalar əsasən mineralları parçalaya bilən həlledicilərdən, həll olmuş mayelərdən və ya bərk maddələrdən istifadə edir və işləməsi üçün maşın və kimyəvi maddələrlə dolu otaqlar tələb olunur.

Şeyxi bildirib ki, “Nadir torpaq elementlərini bir-birindən ayırmaq, metalların çox oxşar kimyəvi quruluşlarına görə olduqca çətin olub. Biz mövcud ayırma yanaşmalarından qaynaqlanan mənfi ətraf mühit yan təsirlərindən qaçınmaqla yanaşı, disprosium kimi ağır elementləri neodim kimi daha yüngül elementlərdən ayırmaq üçün etibarlı bir yol axtarırıq.”

Tüklü nanosellüloza necə işləyir

Bu səmərəsiz və çirkləndirici prosesi təkmilləşdirmək üçün komanda sellüloza müraciət etdi. Onlar sellülozanın molekulyar quruluşunu tənzimləyərək çox kiçik, kristal material yaratdılar. Bu materialın uzunluğu cəmi 100 nanometrdir – insan saçının enindən 1000 dəfə kiçikdir. Bu nanosellüloz hər iki ucunda kiçik, tükəbənzər sellüloza zəncirləri ilə örtülmüşdür – bu zəncirlər anion tüklü sellüloza nanokristalları (AHCNC) adlanır.

Daha sonra komanda öz nanosellülozlarını neodim və disprosiumun su əsaslı məhluluna əlavə edərək, nanosellülozanın adsorbsiya adlanan bir proses vasitəsilə həll olmuş metalları necə ayıra bildiyini müşahidə etdi. Bu prosesdə səth maye və ya həll olmuş bərk maddədən ionları toplayır və saxlayır. Məhlula məruz qaldıqda, AHCNC digər sellüloza əsaslı materiallardan fərqli davrandı – tüklərindəki kimyəvi cəhətdən modifikasiya olunmuş zəncirlər fərqli şəkildə kiçildi və bu da disprosiuma qarşı xüsusi həssaslığı göstərir.

Şeyxi dedi: “Mənim bildiyimə görə, bu, ağır və yüngül nadir torpaq elementləri arasında selektiv şəkildə süzgəcdən keçirə bilən sellüloza əsaslı adsorbentin ilk nümunəsidir. Bundan əlavə, prosesimiz çox sadə və səmərəlidir. Biz sadəcə nanosellülozumuzu məhlula əlavə edib metalları ayırırıq.”

Nümunələrin daha da araşdırılması AHCNC-də tapılan tüklərin disprosium ionlarını hədəf almaq və ayırmaq üçün süzgəc kimi necə çıxış edə biləcəyini ortaya qoydu. Şeyxi bunun əvvəlcə sellülozanın funksional qrup tipini və ya elementlərin bir-biri ilə kimyəvi reaksiyaya girəcəyini müəyyən edən müəyyən atom dəstlərini tənzimləməyin ayrılmanı optimallaşdırmaq üçün açar olacağını düşünən komandanı təəccübləndirdiyini söylədi.

Şeyxi izah etdi ki, “Bu davranışı digər sellüloza əsaslı platformalarla yan-yana müqayisə etdikdən sonra, bu seçiciliyi asanlaşdıran təkcə materialın funksional qrup növü deyil. Bu tüklü nanostrukturların unikal xüsusiyyətlərini nümayiş etdirən materialın özünün strukturu və funksional qrupların mövqeyidir.”

Real həyatda mənimsənilməyə doğru növbəti addımlar

Daha çox inkişafla, komanda bu yanaşmanın disprosium və digər nadir torpaq elementlərini təkrar emal etmək üçün daha sürətli, daha təmiz və kommersiya baxımından praktik bir yol təqdim edə biləcəyinə inandıqlarını bildirdi. Gələcəkdə tədqiqatçılar digər nadir torpaq elementlərini və vacib mineralları təcrid etməklə metodlarının effektivliyini sınamağı planlaşdırırlar.

Onlar həmçinin texnologiyanı ABŞ-dakı fabrik və laboratoriyalarda praktik istifadə üçün miqyaslandırmaq məqsədilə sellülozanı daha da optimallaşdırmağı planlaşdırırlar.

Nəşr detalları

Roya Koshani və digərləri, Nanosellüloza Kimyəvi Quruluşunun Uyğunlaşdırılması Vasitəsilə Nadir Torpaq Elementləri Disprosium və Neodimiumun Seçici Ayrılması, Qabaqcıl Funksional Materiallar (2026). DOI: 10.1002/adfm.202526281

Jurnal məlumatları: Qabaqcıl Funksional Materiallar 

Pensilvaniya Dövlət Universiteti tərəfindən təmin edilir