Istraživači iz Nacionalne laboratorije Oak Ridž (ORNL) i Univerziteta Vanderbilt identifikovali su jedinstveni „hemijski kameleon“ koji bi mogao značajno unaprediti proces prečišćavanja metala retkih zemalja, ključnih za čistu energiju, medicinske tehnologije i nacionalnu bezbednost. Njihova studija, objavljena u Journal of the American Chemical Society, otkriva ligand koji menja svoje ponašanje u zavisnosti od promena u okolini, omogućavajući selektivno izdvajanje lantanida – vitalnih metala koji se koriste u mnogim modernim tehnologijama.
Lantanidi, deo grupe poznate kao metali retkih zemalja, široko su rasprostranjeni u prirodi, ali njihova izolacija i prečišćavanje predstavljaju veliki izazov zbog veoma sličnih hemijskih osobina ovih elemenata. Ovi metali su ključni za širok spektar primena, uključujući biomedicinsko snimanje, industrijsku hemijsku proizvodnju i elektroniku. Međutim, proces njihovog izdvajanja iz mineralnih ruda zahteva precizno odvajanje od drugih sličnih metala, što je dosad bio dugotrajan, skup i ekološki problematičan postupak.
„Izazov kod razdvajanja lantanida leži u tome što su njihovi joni veoma slični po veličini i hemijskim svojstvima, što otežava njihovo precizno izdvajanje“, objašnjava Subhamai Pramanik, jedan od vodećih istraživača ORNL-a. Tradicionalno, ovaj proces podrazumeva korišćenje hemijskih jedinjenja – liganda – koja se selektivno vezuju za određeni metal iz rastvora. Ti metali se zatim izdvajaju kroz složene i višestepene procese, što rezultira velikom količinom otpada.
Međutim, istraživači su sada otkrili ligand koji se ponaša kao „hemijski kameleon“, menjajući svoje karakteristike u zavisnosti od uslova eksperimenta, kao što su koncentracija kiseline i vreme interakcije. Ovaj ligand može selektivno da veže teže, lakše ili srednje teške lantanide u različitim okruženjima. Ova fleksibilnost pruža mogućnost da se koriste isti hemijski procesi za odvajanje različitih lantanida, što može značajno smanjiti broj potrebnih koraka u prečišćavanju i smanjiti troškove.
„Otkrili smo da ovaj ligand može prilagoditi svoje ponašanje, što ga čini sposobnim za obavljanje različitih razdvajanja lantanida pod različitim uslovima“, rekla je Santa Jansone-Popova, ko-voditeljka studije. „Ovaj kameleon-ligand otvara vrata za optimizaciju procesa, omogućavajući efikasnije izdvajanje metala bez potrebe za različitim hemijskim jedinjenjima ili složenim postupcima.“
Iako su mnogi drugi ligandi ranije korišćeni za razdvajanje lantanida, ovaj ligand je jedinstven jer menja svojstva u zavisnosti od sredine u kojoj se nalazi. Na primer, kada se povećava kiselost rastvora, ligand se prvenstveno vezuje za teže lantanide. Ovo dinamičko ponašanje omogućava selektivno izdvajanje metala u redosledu koji je potreban industriji, bilo da je reč o lakim, srednjim ili teškim lantanidima.
Otkriće ovog „hemijskog kameleona“ ima potencijal da drastično poboljša procese prečišćavanja metala retkih zemalja, čineći ih bržim, ekološki prihvatljivijim i ekonomičnijim. „Ovo otkriće menja paradigmu u nauci o razdvajanju, jer pokazuje da ligandi slične strukture mogu pokazivati potpuno različito ponašanje u različitim uslovima. Time otvaramo mogućnost za pronalaženje još sofisticiranijih jedinjenja koja mogu unaprediti procese razdvajanja“, rekao je Ilja Popovs, ko-voditelj studije.
Uz sve veće globalne zahteve za metalima retkih zemalja u industriji čiste energije, medicini i visokoj tehnologiji, smanjenje troškova i poboljšanje efikasnosti u procesu prečišćavanja ovih metala predstavlja ključan korak ka održivoj budućnosti. Ovo istraživanje, koje pokazuje potencijal za drastično poboljšanje industrijskih procesa, moglo bi otvoriti vrata novim primenama i smanjiti ekološke rizike povezane sa trenutnim metodama izdvajanja metala retkih zemalja.
