从化肥副产品中提取稀土可能很快成为现实
时间:2021-11-18 12:35:11 来源:
凯斯西储大学(Case Western Reserve University)、宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)和克莱姆森大学(Clemson University)的
凯斯西储大学(Case Western Reserve University)、宾夕法尼亚州立大学(Penn State University)和克莱姆森大学(Clemson University)的研究人员开发了一种方法,可以帮助从磷石膏中提取稀土元素,磷石膏是肥料生产的副产品。
在科学家们看来,迫切需要这样一个过程,因为从复合矿物中提取稀土的常规技术通常是能源密集型的,会产生大量的碳排放,而很大一部分稀土在其他工业过程的废料中丢失。
劳伦·格林利(Lauren Greenlee)在一份媒体声明中说:“今天,仅在佛罗里达州,估计就有20万吨的稀土元素被困在未加工的磷石膏废料中。”
格林利解释说,磷石膏是用管道输送到沟渠和池塘中无限期储存的。
这位专家表示:“由于与放射性物质相关的挑战以及分离单个元素的困难,这种稀土元素来源目前尚未开发。”“这个项目的愿景是发现新的分离机制、材料和流程,从化肥行业的废物流中回收有价值的资源,包括稀土元素、化肥和净水,为稀土元素的可持续国内供应和农业部门的可持续发展铺平道路。”
他说:“我们希望摆脱目前的环境影响,使其更加可持续,我们可以通过将基础研究和实验室规模的结果转化为系统级别的环境和经济影响来做到这一点。”“然后,我们可以将可持续性结果整合回设计中,以指导未来的研究目标,同时推进稀土元素回收和磷石膏加工。”
磷石膏是磷矿被加工成肥料时形成的,它含有少量自然产生的放射性元素,如铀和钍。由于这种放射性,副产品会被无限期地储存,不当的储存会污染土壤、水和大气。
为了获取磷石膏中的稀土元素,研究人员提出了一个多阶段的过程,利用工程肽能够通过一个特殊的膜精确地识别和分离稀土元素。
"单个稀土元素具有相似的尺寸和相同的形式电荷,因此传统的膜分离机制是不够的," Greenlee说。“这项研究的一个关键技术目标是发现支持肽离子选择性的机制,并利用这些机制设计一种新型的高选择性膜。”
凯斯西储的团队的任务是开发能够锁定特定稀土元素的分子。他们的设计将受到克莱姆森正在进行的计算建模工作的指导。一旦肽被开发出来,Greenlee将研究它们如何在水解决方案中工作,而Shi将使用系统分析工具,包括技术经济分析和生命周期评估,在不同的设计和运行条件下,评估拟议稀土回收系统的环境影响和经济可行性。
施正荣指出,该项目将补充宾夕法尼亚州立大学的另一项研究,即利用自然产生的蛋白质分子从其他工业废料中提取成组的稀土元素。
“在我们的项目中,假设与与稀土元素结合的肽相关的水分子进行重组,我们可以基于单个稀土元素精确地控制这种重组,使其更有效。”Greenlee解释说,她的团队将使用x射线吸收光谱技术在原子水平上检查相互作用,以验证分子在结合时如何交换原子。“通过建模和实验,我们将继续迭代,以确保我们了解分子是如何一起工作的。”
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