p Um novo método melhora a extração e separação de elementos de terras raras - um grupo de 17 elementos essenciais para tecnologias como telefones inteligentes e baterias de carros elétricos - de fontes não convencionais. Uma nova pesquisa liderada por cientistas da Penn State e do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) demonstra como uma proteína isolada de bactérias pode fornecer uma maneira mais ecológica de extrair esses metais e separá-los de outros metais e uns dos outros. O método poderia eventualmente ser ampliado para ajudar a desenvolver um suprimento doméstico de metais de terras raras a partir de resíduos industriais e eletrônicos a serem reciclados. p "A fim de atender à crescente demanda por elementos de terras raras para uso em tecnologias emergentes de energia limpa, precisamos enfrentar vários desafios na cadeia de abastecimento, "disse Joseph Cotruvo Jr., professor assistente e professor de Química de Desenvolvimento de Carreira Louis Martarano na Penn State, um membro do Penn State's Center for Critical Minerals, e co-autores do estudo. "Isso inclui melhorar a eficiência e aliviar a carga ambiental dos processos de extração e separação desses metais. Neste estudo, demonstramos um novo método promissor usando uma proteína natural que poderia ser ampliada para extrair e separar elementos de terras raras de fontes de baixo grau, incluindo resíduos industriais. "

p Como os EUA atualmente importam a maioria dos elementos de terras raras de que precisa, um novo foco foi colocado no estabelecimento de um abastecimento doméstico de fontes não convencionais, incluindo resíduos industriais da queima de carvão e mineração de outros metais, bem como resíduos eletrônicos de telefones celulares e muitos outros materiais. Essas fontes são vastas, mas consideradas de "baixo grau, "porque as terras raras são misturadas com muitos outros metais e a quantidade de terras raras presentes é muito baixa para os processos tradicionais funcionarem bem. Além disso, os métodos atuais de extração e separação dependem de produtos químicos agressivos, são trabalhosos, às vezes envolvem centenas de etapas, produzir um alto volume de resíduos, e são de alto custo.

p O novo método tira proveito de uma proteína bacteriana chamada lanmodulina, descoberto anteriormente pela equipe de pesquisa, isso é quase um bilhão de vezes melhor na ligação a elementos de terras raras do que a outros metais. Um artigo descrevendo o processo foi publicado online em 8 de outubro na revista ACS Central Science.

p A proteína é primeiro imobilizada em contas minúsculas dentro de uma coluna - um tubo vertical comumente usado em processos industriais - ao qual o material de origem líquido é adicionado. A proteína então se liga aos elementos de terras raras na amostra, o que permite que apenas as terras raras sejam retidas na coluna e o líquido remanescente seja drenado. Então, mudando as condições, por exemplo, alterando a acidez ou adicionando ingredientes adicionais, os metais se desvinculam da proteína e podem ser drenados e coletados. Alterando cuidadosamente as condições em sequência, elementos individuais de terras raras podem ser separados.

p "Demonstramos pela primeira vez que o método é excepcionalmente bom para separar os elementos de terras raras de outros metais, que é essencial ao lidar com fontes de baixo teor que são uma mistura de metais para começar, "disse Cotruvo." Mesmo em uma solução muito complexa, onde menos de 0,1% dos metais são terras raras - uma quantidade excessivamente baixa - extraímos com sucesso e, em seguida, separamos um agrupamento de terras raras mais leves de um agrupamento de terras raras mais pesadas em um passo. Essa separação é uma etapa de simplificação essencial porque as terras raras precisam ser separadas em elementos individuais para serem incorporadas às tecnologias. "

p A equipe de pesquisa separou o ítrio (Y) do neodímio (Nd) - abundante em depósitos primários de terras raras e subprodutos de carvão - com pureza superior a 99%. Eles também separaram o neodímio do disprósio (Dy) - um emparelhamento crucial que é comum no lixo eletrônico - com pureza superior a 99,9% em apenas um ou dois ciclos, dependendo da composição inicial do metal.

p "A alta pureza do neodímio e disprósio recuperados é comparável a outros métodos de separação e foi realizada em tantas ou menos etapas sem o uso de solventes orgânicos agressivos, "disse Ziye Dong, pesquisador de pós-doutorado no LLNL e primeiro autor do estudo. "Como a proteína pode ser usada por muitos ciclos, oferece uma alternativa ecologicamente correta aos métodos usados ​​atualmente. "

p Os pesquisadores não acham que seu método irá necessariamente suplantar o atual processo de extração líquido-líquido que é comumente usado para a produção em alto volume de elementos de terras raras mais leves de fontes de alto grau. Em vez de, permitirá o uso eficiente de fontes de baixo grau e especialmente para a extração e separação das terras raras pesadas mais raras e geralmente muito mais valiosas.

p "Outros métodos recentes são capazes de extrair elementos de terras raras de fontes de baixo teor, mas eles normalmente param em um produto 'total' que tem todas as terras raras agrupadas, que tem relativamente pouco valor e então precisa ser canalizado para esquemas mais convencionais para purificação adicional de elementos de terras raras individuais, "disse Dan Park, cientista da equipe do LLNL e co-autor do estudo. "O valor está realmente na produção de terras raras individuais e, especialmente, dos elementos mais pesados."

p "Nosso processo é particularmente conveniente porque esses metais de alto valor podem ser purificados da coluna primeiro, "acrescentou Cotruvo.

p Os pesquisadores planejam otimizar o método de forma que menos ciclos sejam necessários para obter os produtos de mais alta pureza e assim ele possa ser escalado para uso industrial.

p "Se pudermos criar derivados da proteína lanmodulina com maior seletividade para elementos específicos, poderíamos recuperar e separar todos os 17 elementos de terras raras em um número relativamente pequeno de etapas, mesmo nas misturas mais complexas, e sem solventes orgânicos ou produtos químicos tóxicos, o que seria um grande negócio, "disse Cotruvo." Nosso trabalho mostra que esse objetivo deve ser alcançável. "