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Separazione di elementi critici da un magnete NdFeB

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Carta Snowwhite2

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Bentornati alla nostra serie che mostra l'incredibile influenza della stampante 3D Snowwhite SLS sul progresso scientifico! Oggi ci concentriamo su un articolo intitolato "Separazione di elementi critici da un magnete NdFeB con filtri stampati in 3D funzionalizzati con acido aminofosfonico e loro dettagliata caratterizzazione strutturale con tomografia a raggi X"

Per assicurarci che tutti possano comprendere questo importante lavoro, vi spiegheremo innanzitutto quali sono gli obiettivi dello studio e le sue scoperte principali, il tutto in un linguaggio semplice. Se siete alla ricerca dei dettagli più precisi, seguiranno l'abstract originale e i riferimenti di supporto.

Comprendere lo studio e il suo risultato principale
Questa ricerca ha preso in esame filtri stampati in 3D progettati per separare elementi preziosi da vecchi magneti. Questi filtri sono fatti principalmente di una plastica comune chiamata nylon, con un additivo speciale. Sono stati testati due diversi additivi: uno disponibile in commercio (Lewatit TP260) e un altro di nuova creazione (chiamato acido aminobisfosfonico (1)).

Per prima cosa sono stati sciolti i vecchi magneti utilizzando un acido leggero. Poi hanno testato la capacità dei filtri di raccogliere diversi elementi. I filtri con l'additivo commerciale (Lewatit TP260) erano molto più efficaci nel catturare gli elementi delle terre rare (come il neodimio, presente nei magneti) rispetto agli altri metalli. Erano anche più efficaci dei filtri con l'additivo di nuova creazione.

Grazie alle loro ottime prestazioni, i filtri PA-TP260 sono stati scelti per il processo di separazione principale. Ecco come ha funzionato:

Il ferro è stato rimosso innanzitutto facendolo depositare dalla soluzione.
Poi, gli elementi rimanenti sono stati separati in quattro gruppi diversi utilizzando i filtri: elementi delle terre rare, boro e cobalto, rame e alluminio.
Una grande scoperta è stata che questi filtri sono molto resistenti e riutilizzabili. Possono essere utilizzati per 50 cicli di assorbimento e rilascio di elementi senza perdere la loro efficacia o modificare la loro struttura. Ciò significa che sono robusti e possono essere utilizzati ripetutamente.

Risultato principale

La scoperta principale è che questi filtri stampati in 3D, in particolare quelli contenenti l'additivo Lewatit TP260, possono separare in modo efficiente e sostenibile gli elementi critici dai magneti riciclati. Si tratta di un risultato importante perché:

Utilizzano sostanze chimiche ecologiche (come l'acido metansolfonico) per il processo di separazione.
I filtri sono altamente riutilizzabili e robusti, rendendo il processo più economico e sostenibile nel lungo periodo.
In sostanza, hanno trovato un modo più ecologico ed efficiente per recuperare materiali preziosi dai rifiuti elettronici.

Separazione di elementi critici da un magnete NdFeB con filtri stampati in 3D funzionalizzati con acido aminofosfonico e loro dettagliata caratterizzazione strutturale con tomografia a raggi X
Emilia J. Virtanen, Janne Yliharju, Esa Kukkonen , Tia Christiansen, Minnea Tuomisto, Arttu Miettinen, Ari Väisänen, Jani O. Moilanen

Rif.: https://chemrxiv.org/engage/chemrxiv/article-details/677f6c57fa469535b94858e1

Astratto
filtri stampati in 3D contenenti il 70 % in peso di poliammide (PA) nylon-12 come matrice polimerica e il 30 % di una resina commerciale funzionalizzata con acido aminofosfonico (Lewatit TP260) o un acido aminobisfosfonico sintetizzato (1) come additivo sono stati studiati per la separazione di elementi da un rifiuto magnetico NdFeB. Prima degli studi di separazione, il magnete è stato sottoposto a lisciviazione con acido metansolfonico al 10 v/v%, utilizzando un rapporto S/L di 5 g/l per 20 ore a 60 °C. I filtri PA-TP260 hanno adsorbito gli elementi delle terre rare (REE) in modo più efficiente rispetto agli elementi di transizione e del gruppo principale e hanno mostrato un assorbimento maggiore rispetto ai filtri PA-1 nell'intervallo di pH studiato (0,15-4,00). Pertanto, i filtri PA-TP260 sono stati selezionati per il processo di separazione, in cui il Fe è stato fatto precipitare selettivamente dal percolato, mentre l'estrazione in fase solida è stata utilizzata per separare gli elementi rimanenti dal percolato in quattro frazioni distinte: ETR, B, Co, Cu e Al. Non sono state osservate né diminuzioni significative nelle percentuali di adsorbimento e desorbimento dei filtri PA-TP260 nell'arco di 50 cicli di adsorbimento-desorbimento, né cambiamenti strutturali, come confermato dagli studi dettagliati di tomografia a raggi X. I risultati indicano che i filtri PA-TP260 sono robusti e completamente riutilizzabili. Nel complesso, i risultati hanno dimostrato che i filtri altamente porosi stampati in 3D separano efficacemente gli elementi critici dal percolato del magnete NdFeB solo utilizzando soluzioni ecologiche di MSA, cloruro di ammonio e ossalato di potassio, aprendo la strada a processi di separazione più ecologici per gli elementi critici.