Les fabricants s'appuient sur des éléments de terres rares, comme le néodyme, pour créer des aimants puissants utilisés dans les moteurs électroniques, notamment les voitures hybrides, les générateurs d'avions, les haut-parleurs, les disques durs et les écouteurs intra-auriculaires. Mais les gisements minéraux contenant du néodyme sont difficiles à atteindre et ne se trouvent que dans quelques endroits sur Terre.

Avec le besoin croissant de néodyme de plusieurs industries, l'attention s'est tournée vers le recyclage des éléments trouvés dans les vieux ordinateurs et les cartes de circuits imprimés, autrement connus sous le nom de déchets électroniques, pour répondre à la demande. Mais séparer les éléments précieux des autres minéraux et composants trouvés dans les déchets électroniques s'avère être un défi.

Dans un article récent du Chemical Engineering Journal , Amir Sheikhi, professeur adjoint de génie chimique et de génie biomédical, à Penn State, détaille une nouvelle nanotechnologie pour séparer le néodyme à l'aide de cellulose végétale, que l'on trouve dans le papier, le coton et la pâte à papier. Patrictia Wamea, une ancienne membre du laboratoire de Sheikhi qui a obtenu en mai une maîtrise en sciences, a co-écrit l'article et a remporté le prix annuel du meilleur article du Penn State Department of Chemical Engineering à l'automne 2021 pour ses contributions.

Dans le processus, les nanocristaux de cellulose poilus, des nanoparticules dérivées de fibrilles de cellulose, se lient sélectivement aux ions néodyme, les séparant des autres ions, tels que le fer, le calcium et le sodium, selon Sheikhi. Les nanoparticules sont dites "poilues" en raison des chaînes cellulosiques attachées à leurs deux extrémités, qui remplissent des fonctions chimiques critiques.

Pour ce faire, les chercheurs ont chargé négativement les couches poilues des nanoparticules afin d'attirer et de se lier avec les ions néodyme chargés positivement, ce qui entraîne l'agrégation des particules en morceaux plus gros qui peuvent ensuite être efficacement recyclés et réutilisés.

"Le processus est efficace dans sa capacité d'élimination, sa sélectivité et sa rapidité", a déclaré Sheikhi. "Il peut séparer le néodyme en quelques secondes en éliminant sélectivement l'élément de certaines des impuretés testées."

Les processus actuels de recyclage des éléments de terres rares sont préjudiciables à l'environnement, selon Sheikhi. Ils utilisent souvent des conditions très acides pour extraire les éléments dans les réactions chimiques. Le processus de Sheikhi est respectueux de l'environnement en raison de son utilisation de cellulose, qui est une ressource renouvelable peu coûteuse. Le processus d'extraction traditionnel est dangereux et coûteux, avec des impacts environnementaux néfastes de l'exploitation à ciel ouvert.

"L'utilisation de la cellulose comme agent principal est une solution durable, rentable et propre", a déclaré Sheikhi. "Grâce à ce procédé, les États-Unis pourront rivaliser avec d'autres géants comme la Chine pour récupérer des matériaux de terres rares et les produire de manière indépendante."

La Chine est le premier exportateur de néodyme, selon Sheikhi, exportant plus de 70 % de l'offre mondiale de ce matériau.

En plus des déchets électroniques, des éléments de terres rares comme le néodyme peuvent être extraits des eaux usées industrielles, des résidus miniers et des aimants permanents qui ne sont plus utilisés. À l'avenir, Sheikhi a déclaré qu'il espère que le processus d'adsorption à base de cellulose pourra également être appliqué à ces sources.

"Cette contribution au recyclage des terres rares aura un impact stratégique et économiquement viable sur plusieurs industries", a déclaré Sheikhi. "Plus nous recyclons de néodyme, plus nous pouvons fabriquer des véhicules électriques et hybrides et des éoliennes, ce qui réduit la pression sur l'environnement." + Explorer plus loin

Processus de séparation simple pour le néodyme et le dysprosium