Bảy mươi lăm trong số 118 nguyên tố của bảng tuần hoàn được mang theo trong túi và ví của hơn 100 triệu người dùng iPhone tại Hoa Kỳ mỗi ngày. Trong các nguyên tố này, một số nguyên tố có khối lượng dồi dào như silicon trong chip máy tính hoặc nhôm cho vỏ máy, nhưng một số kim loại cần cho màn hình sắc nét và âm thanh rõ ràng rất khó thu hồi. Mười bảy nguyên tố được gọi là kim loại đất hiếm, là thành phần quan trọng của nhiều công nghệ nhưng không được tìm thấy trong các mỏ tập trung. Vì chúng phân tán rộng hơn nên cần đến các quy trình chiết xuất độc hại gây ô nhiễm môi trường.

Nhằm tái chế hiệu quả các kim loại đất hiếm, nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Eric Schelter công tác tại trường Đại học Pennsylvania, Hoa Kỳ đã đưa ra một phương pháp mới để tách hỗn hợp kim loại đất hiếm với sự hỗ trợ của từ trường. Phương pháp này được chứng minh mang lại hiệu suất phân tách tăng gấp đôi và là khởi điểm cho nền kinh tế kim loại đất hiếm sạch và tuần hoàn hơn.

Phương pháp thông thường để tách hỗn hợp các nguyên tố đất hiếm là thực hiện phản ứng hóa học làm thay đổi pha một trong các nguyên tố, giống như chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn, cho phép tách các nguyên tố bằng phương pháp vật lý như lọc. Phương pháp này được sử dụng để tách kim loại đất hiếm; hỗn hợp được đưa vào dung dịch axit. Hợp chất hữu cơ và các ion kim loại riêng lẻ từ từ di chuyển ra khỏi pha axit và chuyển sang pha hữu cơ với tốc độ khác nhau dựa vào tính chất hóa học của kim loại.

Điểm khó khăn là nhiều tính chất hóa học như độ hòa tan hoặc cách chúng phản ứng với các nguyên tố khác, rất giống nhau giữa các kim loại đất hiếm. Vì thế, tách các kim loại đất hiếm là một quá trình tiêu tốn năng lượng và mất thời gian, hơn nữa còn sản sinh khối lượng lớn chất thải axit.

Điểm khác biệt giữa các kim loại đất hiếm là tính thuận từ hoặc lực hút của chúng với từ trường. Các nhà nghiên cứu đã tìm cách sử dụng tính thuận từ để tách các nguyên tố đất hiếm, nhưng nỗ lực trước đây đã không tìm ra cách kết hợp tính thuận từ với phản ứng hóa học hoặc dịch pha.

Phát hiện quan trọng là kết hợp từ trường với nhiệt độ giảm, khiến các ion kim loại kết tinh ở nhiều tốc độ khác nhau. Kết tinh các nguyên tố bằng cách giảm nhiệt độ là một cách tiếp cận thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm, nhưng mức độ ảnh hưởng của nó là bất ngờ.

Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu có thể phân tách một cách hiệu quả và có chọn lọc các loại đất hiếm nặng như terbium và ytterbium khỏi các kim loại nhẹ hơn như lanthanum và neodymium. Kết quả nổi bật nhất là sử dụng hỗn hợp 50/50 lanthanum và dysprosium và thu hồi 99,7% dysprosium chỉ trong một bước - "tăng 100%" so với phương pháp tương tự nhưng không sử dụng nam châm.

Do các cơ chế hóa học của các phương pháp phân tách hiện có chưa được hiểu rõ, nên các nhà nghiên cứu hy vọng phương pháp có hệ thống của họ sẽ đưa các công nghệ tách kim loại từ những gì được coi là "ma thuật" thành thứ gì đó dễ kiểm soát, cạnh tranh và hiệu quả chi phí hơn.

Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm cách cải thiện hiệu suất của phản ứng trong khi nghiên cứu cách từ trường tương tác với các dung dịch hóa học này. Nghiên cứu này và các phát hiện hóa học cơ bản khác là bước đầu tiên quan trọng để thực hiện tái chế kim loại đất hiếm hiệu quả và bền vững hơn.

N.P.D (NASATI), theo https://www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191023172127.htm, 23/10/2019