{{{sourceTextContent.title}}}

Abtrennung kritischer Elemente aus einem NdFeB-Magneten

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Schneewittchen2 Papier

{{{sourceTextContent.description}}}

Willkommen zurück zu unserer Serie, in der wir den unglaublichen Einfluss des Snowwhite SLS 3D-Druckers auf den wissenschaftlichen Fortschritt vorstellen! Unser heutiger Schwerpunkt ist eine Arbeit mit dem Titel "Abtrennung kritischer Elemente aus einem NdFeB-Magneten mit Aminophosphonsäure-funktionalisierten 3D-gedruckten Filtern und deren detaillierte strukturelle Charakterisierung mit Röntgentomographie"

Um sicherzustellen, dass jeder diese wichtige Arbeit verstehen kann, fassen wir zunächst in einfacher Sprache zusammen, was das Ziel der Studie war und was die wichtigsten Entdeckungen waren. Wenn Sie sich für die Details interessieren, finden Sie im Anschluss die Originalzusammenfassung und die entsprechenden Referenzen.

Zum Verständnis der Studie und ihrer wichtigsten Ergebnisse
In dieser Forschungsarbeit wurden 3D-gedruckte Filter untersucht, die dazu dienen, wertvolle Elemente aus alten Magneten zu trennen. Diese Filter bestehen größtenteils aus einem gängigen Kunststoff namens Nylon mit einem speziellen Zusatzstoff. Es wurden zwei verschiedene Zusatzstoffe getestet: ein handelsüblicher (Lewatit TP260) und ein neu entwickelter (Aminobisphosphonsäure (1)).

Zunächst lösten sie die alten Magnete mit einer milden Säure auf. Dann testeten sie, wie gut die Filter verschiedene Elemente auffangen konnten. Die Filter mit dem handelsüblichen Zusatzstoff (Lewatit TP260) konnten Seltene Erden (wie Neodym, das in Magneten vorkommt) im Vergleich zu anderen Metallen viel besser auffangen. Sie waren auch wirksamer als die Filter mit dem neu entwickelten Zusatzstoff.

Aufgrund ihrer starken Leistung wurden die PA-TP260-Filter für den Haupttrennungsprozess ausgewählt. Und so funktionierte es:

Zunächst wurde das Eisen entfernt, indem es sich aus der Lösung absetzte.
Dann wurden die verbleibenden Elemente mithilfe der Filter in vier verschiedene Gruppen getrennt: Seltene Erden, Bor und Kobalt, Kupfer und Aluminium.
Eine wichtige Entdeckung war, dass diese Filter sehr haltbar und wiederverwendbar sind. Sie konnten 50 Zyklen lang Elemente aufnehmen und wieder abgeben, ohne ihre Wirksamkeit zu verlieren oder ihre Struktur zu verändern. Das bedeutet, dass sie robust sind und wiederholt verwendet werden können.

Wichtigstes Ergebnis

Die wichtigste Entdeckung ist, dass diese 3D-gedruckten Filter, insbesondere diejenigen, die den Zusatzstoff Lewatit TP260 enthalten, effizient und nachhaltig kritische Elemente aus recycelten Magneten abtrennen können. Dies ist von Bedeutung, weil:

Sie verwenden umweltfreundliche Chemikalien (wie Methansulfonsäure) für den Trennungsprozess.
Die Filter sind in hohem Maße wiederverwendbar und robust, so dass das Verfahren langfristig kostengünstiger und nachhaltiger ist.
Im Wesentlichen haben sie einen umweltfreundlicheren und effizienteren Weg gefunden, wertvolle Materialien aus Elektronikschrott zurückzugewinnen.

Abtrennung kritischer Elemente aus einem NdFeB-Magneten mit Aminophosphonsäure-funktionalisierten 3D-gedruckten Filtern und deren detaillierte strukturelle Charakterisierung mit Röntgentomografie
Emilia J. Virtanen, Janne Yliharju, Esa Kukkonen, Tia Christiansen, Minnea Tuomisto, Arttu Miettinen, Ari Väisänen, Jani O. Moilanen

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

Zusammenfassung
3D-gedruckte Filter, die 70 Gew.-% Polyamid (PA) Nylon-12 als Polymermatrix und entweder 30 Gew.-% eines kommerziellen, mit Aminophosphonsäure funktionalisierten Harzes (Lewatit TP260) oder einer synthetischen Aminobisphosphonsäure (1) als Additiv enthalten, wurden für die Trennung von Elementen aus einem NdFeB-Magnetabfall untersucht. Vor den Trennungsstudien wurde der Magnet mit 10 v/v% Methansulfonsäure bei einem S/L-Verhältnis von 5 g/l 20 Stunden lang bei 60 °C ausgelaugt. Die PA-TP260-Filter adsorbierten Seltene Erden (REE) effizienter als Übergangs- und Hauptgruppenelemente und zeigten eine höhere Aufnahme als die PA-1-Filter im untersuchten pH-Bereich von 0,15-4,00. Daher wurden die PA-TP260-Filter für den Trennungsprozess ausgewählt, bei dem Fe selektiv aus dem Sickerwasser ausgefällt wurde, während die verbleibenden Elemente mit Hilfe der Festphasenextraktion aus dem Sickerwasser in vier verschiedene Fraktionen getrennt wurden: REEs, B, Co, Cu und Al. Weder ein signifikanter Rückgang der Adsorptions- und Desorptionsprozentsätze der PA-TP260-Filter über 50 Adsorptions-Desorptions-Zyklen noch strukturelle Veränderungen wurden beobachtet, wie die detaillierten Röntgentomographie-Studien bestätigten. Die Ergebnisse zeigen, dass die PA-TP260-Filter robust und vollständig wiederverwendbar sind. Insgesamt haben die Ergebnisse gezeigt, dass die hochporösen 3D-gedruckten Filter die kritischen Elemente effizient aus dem Sickerwasser des NdFeB-Magneten abtrennen, indem sie nur umweltfreundliche MSA-, Ammoniumchlorid- und Kaliumoxalatlösungen verwenden und so den Weg zu umweltfreundlicheren Trennverfahren für die kritischen Elemente ebnen.