Energetika Departamentinin Oak Ridge Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları təmiz enerji, tibbi və milli təhlükəsizlik proqramlarında istifadə edilən nadir torpaq metallarının təmizlənməsi üçün istifadə olunan prosesi təkmilləşdirə biləcək kimyəvi “xameleon” tapıblar.

Vanderbilt Universiteti ilə birgə həyata keçirilən tədqiqat ORNL-in Kimya Elmləri Bölməsinin biotibbi görüntüləmədən sənaye kimyəvi istehsalına və elektronikaya qədər müxtəlif məhsul və tətbiqlərdə geniş istifadə olunan lantanidlər adlanan metallara giriş maneələrini azaltmaq üçün göstərdiyi bir çox səylərin sonuncusudur. . 15 lantanid var və onlar digər iki elementlə birlikdə nadir torpaq metalları kimi tanınır.

Araşdırma “ Journal of the American Chemical Society” jurnalında dərc olunub .

Adlarından fərqli olaraq, nadir torpaq metallarının əksəriyyəti əslində nadir deyil; lantanidlər təbii olaraq mineral filiz yataqlarında olur və bir çoxu ətraf mühitdə mis və qurğuşun kimi geniş yayılmışdır. Bununla belə, metalların bu qədər geniş istifadə edilməsinə səbəb olan güclü xüsusiyyətləri yalnız fərdi lantanid hasil edilərkən onun mövcud olduğu digər metalların qarışığından ayrıldıqda funksionaldır. Seçilmiş metal nəzərdə tutulan tətbiqdə faydalı hala gəlməzdən əvvəl yüksək səviyyədə təmizlənməlidir. Nadirlik bu prosesin çətinliyindədir.

“Bu, böyük bir problemdir, çünki lantanid ionları ölçüləri və kimyəvi xassələri ilə çox oxşardır” dedi Subhamay Pramanik, keçmiş ORNL postdoc və indi ORNL-nin Nanomaterials Chemistry qrupunun radiokimyaçısı. “Onlar ən kiçik miqdarla fərqlənirlər, buna görə də təmiz fərdi lantanidləri təcrid etmək çox dəqiq ayırma elmini tələb edir.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1725971274&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-09-chemical-chameleon-reveals-pathway-rare.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI4LjAuNjYxMy4xMjAiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxMjguMC42NjEzLjEyMCJdLFsiTm90O0E9QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOC4wLjY2MTMuMTIwIl1dLDBd&dt=1725971226260&bpp=1&bdt=111&idt=48&shv=r20240905&mjsv=m202409100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Ddd084782a3980897%3AT%3D1725971170%3ART%3D1725971170%3AS%3DALNI_Ma1uv12HX_ctV-7loP2Dla_dLGslw&eo_id_str=ID%3D6cdee71e935b6dcb%3AT%3D1725971170%3ART%3D1725971170%3AS%3DAA-AfjZEH1DAbfRV50frmhACTroQ&prev_fmts=0x0%2C1903x911&nras=2&correlator=642398933649&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1860&biw=1903&bih=911&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C31086548%2C31086853%2C44795922%2C95332585%2C95338228%2C95341662%2C31086975&oid=2&pvsid=78095896404072&tmod=962352950&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C911&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=48528

Nadir torpaq mineral məhlullarından seçilmiş bir metalı təcrid etmək üçün elm adamları və sənaye liqandlarından istifadə edirlər – məhlulun içərisində müəyyən bir metala selektiv şəkildə bağlanan kimyəvi birləşmələr . Bu birləşmələr üzvi həllediciyə qarışdırılır, sonra lantanid qarışığının su əsaslı məhlulu ilə qarışdırılır.

Neft kimi, üzvi həlledicilər su ilə qarışmır, buna görə təbəqələr ayrılır. Qarışdırma zamanı birləşmə hədəf metalı məhluldan uğurla tutursa, həlledici və sulu məhlul ayrıldıqda metalı üzvi təbəqəyə çəkir. Sonra metal emal edilə və daha da təmizlənə bilər.

Ən yaxşı cari sənaye ayırma prosesləri mərhələlərlə baş verir, lantanidlər müəyyən bir ardıcıllıqla ayrılır – ağırdan yüngülə və ya yüngüldən ağıra. Proses çox vaxt aparır və baha başa gəlir və həmişə ekoloji cəhətdən təmiz olmayan çoxlu tullantılar istehsal edir.

Buqələmun daxil edin. Yuxarıda qeyd olunan prosesdə istifadə edilən birləşmələrə bənzər mövcud liqandın tədqiqi zamanı alimlər unikal bir şey kəşf etdilər: eksperimental şəraitdən asılı olaraq fərqli davranan liqand.

Buqələmun ətraf mühitə uyğunlaşmaq üçün rəngini dəyişdirdiyi kimi, ətraf mühit dəyişdikdə birləşmə də öz davranışını dəyişir, məhlulun turşu konsentrasiyasından və liqandın onunla qarşılıqlı əlaqədə olmasına icazə verilən vaxtdan asılı olaraq müxtəlif lantanidlərə bağlanır. Məsələn, mühit daha turşudursa, liqand üstünlük olaraq daha ağır lantanidlə bağlanır.

Tədqiqata rəhbərlik edən ORNL-dən Santa Jansone-Popova, “Tipik ayırma sistemlərində bir ligand adətən daha yüngül və ya daha ağır lantanidlərə üstünlük verir” dedi. “Biz gördük ki, siz eyni birləşmədən bir neçə fərqli ayırma həyata keçirmək üçün istifadə edə bilərsiniz, bu, həyəcan verici və unikaldır. Və biz bunu edən mexanizmləri müəyyən etdik.”

Serialda çoxlu müxtəlif lantanidləri ayırmaq üçün eyni birləşmədən istifadə bu ümumi və bahalı prosesdə lazım olan addımların sayını azalda bilər. Üstəlik, şəraitdən asılı olaraq, bu tədqiqatdakı liqand ən ağır, ən yüngül və orta çəkidə olan lantanidləri istənilən qaydada ayıra bilər.

Digər liqandlar bu eyni davranışı göstərmir. Ancaq indiyə qədər elm adamları bunun da olacağını bilmirdilər. Buqələmun liqandı digər yaxşı qurulmuş liqandlara bənzəyir, lakin tamamilə fərqli davranışa malikdir. İndi lantanid bağlayan birləşmələr üçün belə imkanların və sistemlərin mövcud olduğu məlum olduğu üçün liqand daha dərindən tədqiq edilə bilər və oxşar davranışa malik daha çox birləşmə aşkar edilə bilər.

Tədqiqata rəhbərlik edən ORNL-dən İlja Popovs, “Sadəcə bir liqandın quruluşu digərinə çox bənzədiyi üçün, eyni davranmaq məcburiyyətində deyil və bu anlayış iynəni hərəkət etdirərək məlum olanın sərhədlərini itələyir” dedi. . “Bu, ayırma proseslərini daha sürətli, daha təmiz və daha yaxşı etmək potensialına malikdir – mərhələlərin sayını azaldır, daha yaxşı seçmə və təmizliyi təmin edir və daha ekoloji cəhətdən təmiz proseslərə gətirib çıxarır.”

Daha çox məlumat: Subhamay Pramanik və digərləri, Tetradentate Ligand-ın Xameleona Bənzər Davranışı Xüsusi Lantanidlərin Tanınmasını Təklif edir, Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı (2024). DOI: 10.1021/jacs.4c07332

Jurnal məlumatı: Amerika Kimya Cəmiyyətinin jurnalı 

Oak Ridge Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir