Environmental Science & Technology:稀土元素在粘土矿物上的吸附机制及资源回收前景

文摘   2024-11-05 19:38   北京  

(研究者:加拿大里贾纳大学Brendan A. Bishop等)


近日,加拿大里贾纳大学Brendan A. Bishop研究组发表了一项关于粘(黏)土矿物吸附稀土元素的研究。该研究发现,在水环境中,伊利石对稀土元素的吸附能力优于高岭石,但在pH约为7.5的条件下,这两种粘土矿物的吸附能力十分接近,均能够吸附超过95%的稀土元素。


随着全球能源转型进程的加速,稀土元素作为电动汽车和风力涡轮机等清洁能源技术中的关键材料,其需求量剧增。目前,稀土元素主要来源于碳酸盐岩矿石和离子吸附型稀土矿床。预测显示,传统的稀土矿床可能难以满足未来的需求,而大量开采原生稀土资源也可能带来严重的生态环境问题。因此,探索从二次资源(如矿山废水和地热水)中回收稀土的技术变得尤为重要。


研究团队通过pH吸附实验和利用扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术,分析了稀土元素(Pr、Dy、Yb)在两种常见粘土矿物伊利石和高岭石上的吸附行为,并进一步探讨了稀土元素在粘土表面的配位环境。


研究表明,伊利石在水环境中对稀土元素的吸附能力优于高岭石,但在pH值接近中性时,这两种粘土矿物的吸附效率均可超过95%。同时,较高的离子强度会抑制稀土元素的吸附,尤其是在酸性条件下。此外,EXAFS建模结果显示,稀土元素能够形成内层和外层络合物。


图1.  不同离子强度(0.01 M和0.56 M)下粘土矿物对稀土元素吸附率随pH梯度的变化


该研究为识别稀土元素的潜在回收区域提供了理论依据,为开发更高效的回收工艺奠定了基础。该发现可以帮助确定资源提取的目标环境,或用于预测稀土元素作为污染物的迁移路径和最终命运。


该研究论文以“Rare Earth Element Adsorption to Clay Minerals: Mechanistic Insights and Implications for Recovery from Secondary Sources”为题,发表于Environmental Science & Technology(Volume 58, 2024, 7217-7227, ISSN 0013-936X)


全文链接:

https://doi.org/10.1021/acs.est.4c00974

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