Des chercheurs américains ont mis au point un nouveau procédé de séparation capable de distinguer sélectivement les différents membres du groupe des terres rares.
Les éléments de terres rares (ETR) sont des matières premières essentielles pour de nombreuses technologies de pointe. Cependant, leur disponibilité est limitée car la production est fortement concentrée dans quelques régions. C'est pourquoi de nouvelles méthodes d'extraction et de récupération sont en cours de développement dans le monde entier. Il s'agit notamment d'approches utilisant algues, le génie génétique virus, et des sources non conventionnelles telles que les déchets de l lampes à économie d'énergie. Au-delà de la réduction de la dépendance à l'égard des importations, ces innovations visent à améliorer la durabilité environnementale, car les méthodes d'extraction conventionnelles consomment beaucoup d'énergie et font souvent appel à des produits chimiques dangereux.
L'un des principaux défis techniques liés au développement de nouvelles technologies de production consiste à faire la distinction entre les terres rares légères et les terres rares lourdes, qui présentent des propriétés chimiques distinctes. La séparation des éléments individuels au sein de ce groupe est particulièrement complexe. À l'heure actuelle, les terres rares légères et les terres rares lourdes ne sont pas séparées. Université de l'État de Pennsylvanie, Des chercheurs ont maintenant mis au point une technologie qui exploite la cellulose, un composant structurel essentiel des parois cellulaires des plantes. En utilisant des composés à base de cellulose, l'équipe de recherche a réussi à extraire le néodyme, une terre rare légère, lors d'essais initiaux.
Méthode d'extraction ciblée pour le dysprosium
La méthode a ensuite été affinée pour permettre la séparation sélective du dysprosium, une terre rare lourde. Le dysprosium est un composant essentiel des aimants permanents à haute performance et des barres de combustible nucléaire. La demande de cet élément est devrait augmenter de manière significative dans les années à venir, tandis que sa production reste largement concentrée en Chine.
Pour parvenir à une liaison sélective, les chercheurs ont modifié la structure moléculaire de la cellulose, créant un matériau cristallin à l'échelle nanométrique d'une taille d'environ 100 nanomètres, soit environ 1 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. Les particules de nanocellulose sont recouvertes aux deux extrémités de chaînes de cellulose ressemblant à des cheveux, appelées nanocristaux de cellulose chevelue anionique (AHCNC).
Le matériau a ensuite été introduit dans une solution aqueuse contenant des ions néodyme et dysprosium dissous afin de vérifier s'il était possible d'obtenir une adsorption sélective. L'adsorption est un processus de surface dans lequel les ions d'une phase liquide adhèrent à une interface solide. Selon les chercheurs, l'AHCNC a présenté un comportement unique : les chaînes chimiquement modifiées à l'intérieur des “poils” se sont contractées de manière significative en présence de dysprosium, ce qui indique une sensibilité moléculaire spécifique et une interaction préférentielle avec cet élément de terre rare lourd.
Selon l'auteur principal de l'étude, Amir Sheikhi, il s'agit du premier matériau d'adsorption à base de cellulose capable de séparer sélectivement les terres rares lourdes des terres rares légères.
L'équipe de recherche vise maintenant à poursuivre le développement de l'approche en vue d'une mise en œuvre pratique dans des environnements industriels et de laboratoire aux États-Unis. Les travaux futurs porteront sur la mise à l'échelle de la technologie et son extension à l'isolement d'autres éléments de terres rares et d'autres minéraux critiques.
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