Из сточных вод заводов научились извлекать редкоземельные элементы
Американские исследователи из Университета Райса предложили ультрапористый материал, способный улавливать редкоземельные металлы из промышленных стоков. Разработку описали в ACS Applied Materials & Interfaces. Данную информацию сообщает портал Вокруг Света.
В основе подхода лежат металлорганические каркасные структуры, или MOF. За такие соединения в 2025 году присудили Нобелевскую премию по химии. Они состоят из ионов металлов и органических молекул, а поры занимают огромную долю объёма.
Для избирательного захвата специалисты взяли водостойкий каркас MIL-101. Его дополнили молекулами фосфонометилиминодиуксусной кислоты (PMIDA). В нанопорах эти молекулы работают как химические крючки: они прочно связываются с положительно заряженными ионами редкоземельных элементов.
Количество PMIDA в опытах варьировали. Так проверяли, как плотность центров связывания влияет на эффективность. Компьютерное моделирование помогло увидеть, где именно внутри пор располагаются ионы металлов и молекулы добавки.
Выяснилась нелинейная зависимость. При росте концентрации PMIDA ёмкость не увеличивалась пропорционально. Зато несколько связывающих групп начинали координироваться вокруг одного иона, образуя более стойкие комплексы. Моделирование подтвердило укрепление связи.
На максимальном уровне PMIDA материал поглощал 160 мг неодима, 175 мг гадолиния и 195 мг диспрозия на грамм. Это как минимум вдвое выше прежних значений для того же водостойкого каркаса в сходных условиях.
Отдельно проверили смесь с железом — частым загрязнителем промышленных отходов. Его концентрация может многократно превышать содержание редкоземельных металлов. Даже при стократном избытке железа адсорбция ценных элементов почти не страдала. В одном опыте эффективность снизилась всего на 0,3%.
Захваченные металлы удаётся вымыть разбавленной соляной кислотой. После такой обработки каркас можно применять снова.
