Akıllı telefonlar ve elektrikli araçlar için hayati önem taşıyan nadir toprak elementleri artık topraktan çıkarılmak yerine kömür atıklarından elde edilebilecek.
Nadir toprak elementleri (REE), kullanışlı manyetik ve elektronik özellikleri nedeniyle artık telefonların dokunmatik ekranlarında, elektrikli araç motorlarında, rüzgar türbinlerinde ve diğer modern teknolojilerde yaygın olarak kullanılıyor. Bu elementleri küçük miktarda çıkarmak için geniş arazilerin kazılması gerektiğinden, elde etmek oldukça maliyetli oluyor. Bu nedenle, Rice Üniversitesi’nden James Tour ve meslektaşları, bu elementleri elektrik santrallerinde kömür yakıldığında kalan ince bir siyah toz olan uçucu külden geri dönüştürmenin bir yolunu buldular.
Çalışmada herhangi bir katı karbon kaynağından grafen üretmek için tanıtılan flaş Joule ısıtma işlemi, nadir toprak elementlerini geri kazanmak için üç nadir toprak elementi kaynağı olan kömür uçucu külü, boksit kalıntısı ve elektronik atıklara uygulandı. Bunlar, modern elektronik ve yeşil teknolojiler için kritik olan manyetik ve elektronik özelliklere sahip olan elementlerdir. Tour’un laboratuvarı kömür, petrol kok kömürü ve çöpü tek atom kalınlığında karbon formu olan grafene dönüştürmek için 2020’de flaş Joule ısıtmasını tanıttı. Laboratuvar o zamandan beri plastik atıkları grafene dönüştürmek ve değerli metalleri elektronik atıklardan çıkarmak için süreci uyarladı.
Araştırmacılar, çok daha az enerji kullanarak ve elementleri geri kazanmak için sıklıkla kullanılan asit akışını bir damlama haline getirerek, süreçlerinin çevreye daha duyarlı olduğunu belirttiler. Tour, uçucu külün flaş Joule ısıtması ile işlenmesinin elementleri kaplayan cam parçasını ve REE fosfatları çok daha kolay çözünen metal oksitlere dönüştürdüğünü söyledi.
Tour bu elementlerin çoğunun, kömürle çalışan elektrik santrallerinin yan ürünü olan uçucu kül içinde yığılı veya gömülü olduğunu söyledi. Yanan kömürün kalıntısı, eser elementlerin etrafında cam oluşturan ve çıkarılmasını oldukça zorlaştıran silikon, alüminyum, demir ve kalsiyum oksitlerdir. Bazen kırmızı çamur olarak adlandırılan boksit kalıntısı, alüminyum üretiminin toksik yan ürünüdür. Bu da elektronik atık ise bilgisayarlar ve akıllı telefonlar gibi eski cihazlardan gelir.
Bu atıklardan endüstriyel ekstraksiyon genellikle zaman alıcı, yeşil olmayan bir süreç olan güçlü asitle süzmeyi içerirken, Rice laboratuvarı uçucu kül ve diğer malzemelerin iletkenliğini artırmak için bunları karbon siyahı ile birlikte yaklaşık 3.000 santigrat derecede ısıtır. İşlem, atığı yüksek oranda çözünür “aktive edilmiş REE türlerine” dönüştürür.
