Un enfoque más eficiente y ecológico para extraer elementos terrestres extraordinarios que pueden aumentar la fuente de alimentación hasta todo, desde vehículos de energía hasta teléfonos inteligentes y reducir la dependencia de las importaciones costosas.
Este nuevo método, desarrollado por investigadores de la Universidad de Texas en Austin, permite a los estudiantes separar y eliminar los elementos donde no es posible hoy, abriendo nuevas vías para recolectar elementos raros de la tierra durante las tensiones comerciales globales.
“Los elementos de la tierra raros son la columna vertebral de las tecnologías modernas, pero su detección y purificación es más profunda y extremadamente difícil en las escalas esenciales”. “El propósito de nuestro trabajo es cambiarlo al verse afectado por el mundo natural”.
La investigación fue publicada recientemente ACS nano. Los investigadores desarrollaron canales de membrana artificial, pequeños agujeros integrados en las membranas, lo que imita el mecanismo de transporte electoral de la proteína de transporte que se encuentra en los sistemas biológicos. Estos canales son carreteras utilizadas por varios iones para viajar entre celdas.
Cada canal es diferente, manteniendo a otros fuera de los iones con solo algunas características. Esta elección es importante para muchos procesos biológicos, incluida la forma en que piensan nuestros cerebros.
Los canales sintéticos de los investigadores utilizan una versión modificada de una estructura llamada Plearin para mejorar la capacidad de atar y prevenir iones ordinarios específicos durante el transporte de iones de tierras raras específicas. El resultado es un sistema que puede seleccionar los elementos de la tierra rara, como Europium (EU⁺) y TB, seleccionada, mientras que otros iones, como potasio, sodio y calcio, excepto otros iones.
“La naturaleza ha perfeccionado el arte del transporte electoral a través de las membranas biológicas”, dijo Venkat Gunyson, uno de los departamento de Ingeniería Química de McCatta.
Los elementos de tierras raras se dividen en varias clases (luz, media y pesada), con cada características diferentes que los hacen ideales para aplicaciones específicas. Los elementos medianos se utilizan en iluminación y pantalla, incluidos imanes en la televisión, y tecnologías de energía verde, como turbinas eólicas y baterías eléctricas de vehículos.
El Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Comisión Europea han identificado varios elementos medios, incluidos el Europium y el Tribium, que amenaza con perturbar la oferta. Con la demanda de un aumento de más del 2,600 % de estos elementos para 2035, es más importante encontrar formas sostenibles de eliminarlos y reciclarlos.
En experimentos, los canales artificiales prefieren 40 veces la prioridad para el europio (un factor de tierra raro ligero) y 30 veces la prioridad para el europio para el etrobio (un factor de tierra raro). Este nivel electoral es significativamente más alto que los obtenidos de los métodos basados en solventes tradicionales, lo que requiere docenas de etapas para lograr resultados similares.
Utilizando la simulación de computadora avanzada, descubrió que los canales fueron impulsados por una conversación única de mediación de agua entre los iones y canales de tierras raras. Esta conversación permite que los canales distinguen entre iones basados en su dinámica de hidratación, aunque las moléculas de agua rodean e interactúan.
Kumar y su equipo han estado trabajando en esta investigación durante más de cinco años. Es un experto en separatistas basados en membrana, y también aplica este conocimiento a la producción de agua limpia.
Los investigadores imaginan conectar su tecnología en los sistemas de membrana de uso industrial de LC. El propósito es facilitar la separación de iones en los Estados Unidos utilizando energía limpia.
Están trabajando en una plataforma para canales que permiten a los consumidores elegir diferentes tipos de iones. Esto puede incluir otros minerales importantes como litio, cobalto, galem y níquel.
“Este es el primer paso para traducir la sofisticada estrategia de identidad molecular y transporte a un fuerte proceso industrial de la naturaleza”, dijo Har Koshana Behra, un colega de investigación en el laboratorio de Kumar que trabaja en el proyecto, desarrollando así una alta capacidad electoral en los métodos actuales de reducción.
El equipo incluye investigadores del Departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Ambiental de Freezers, Departamento de Ingeniería Química de Maccata y química de la Facultad de Ciencias Naturales. Ellos son: Tyler Jay Duncan, Lakshmicharan Samini, Hyunji Oh, Ankit Jogadand, Arno Karnick, Raman Dhiman, Ada Fika, Zhu-yun Husia.
