فرآیند مبتنی بر آب، زیرکونیوم و هافنیوم را با بازدهی 5 برابری جدا می کند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

دانشمندان دانشگاه ایالتی اورگان، یک فرآیند بهتر و سازگار با محیط زیست را برای جداسازی دو فلز که در اشکال خالص آنها برای صنایع نیمه هادی و انرژی اتمی حیاتی هستند، به ثبت رسانده اند.

محققان کالج علوم OSU از یک محلول مبتنی بر آب به جای حلال آلی سمی برای جدا کردن زیرکونیوم، که در تولید انرژی هسته‌ای حیاتی است، از هافنیوم استفاده کردند، که هم برای انرژی هسته‌ای و هم برای تولید نیمه‌رساناها ضروری است.

این تحقیق در مجله American Chemical Society منتشر شده است.

این مطالعه که توسط دستیار پژوهشی فارغ التحصیل الکس روزبورو و می نایمن، استاد شیمی هدایت شد، یکی از دشوارترین جداسازی‌ها را در جدول تناوبی بررسی کرد که به دلیل شباهت عناصر چالش برانگیز بود. آنها به قدری با هم مرتبط هستند که ماده معدنی زیرکونیوم سیلیکات (ZrSiO 4)، که معمولا به عنوان زیرکون شناخته می شود، تقریبا همیشه حاوی مقادیر کمی از هافنیوم است. استخراج زیرکون منبع اقتصادی اصلی هر دو عنصر است.

اما اگرچه آنها تقریبا یکسان هستند، جداسازی یکی از دیگری در خلوص بالا برای میکروالکترونیک و راکتورهای هسته ای ضروری است. تنها دو تأسیسات در ایالات متحده - ATI Specialty Alloys & Components در آلبانی، اورگان، و Westinghouse Electric در اوگدن، یوتا - برای انجام این جداسازی در مقیاس صنعتی مجهز هستند که هر کدام از میلیون‌ها پوند حلال آلی قابل اشتعال در سال استفاده می‌کنند.

محققان خاطرنشان می کنند که فرآیند استخراج مایع-مایع گیاهان، وضعیت فعلی هنر برای جداسازی، انرژی بر است و منجر به از دست رفتن تقریبا 4 درصد از حلال به عنوان آلودگی مضر در هوا می شود.

فرآیند جداسازی توسعه یافته در ایالت اورگان، با این حال، بر اساس بارش است: یون های محلول با بارهای مخالف یکدیگر را جذب می کنند تا یک جامد نامحلول تشکیل دهند.

این فرآیند از محلول آبی استفاده می کند که زیرکونیوم طبیعی را با چند درصد ناخالصی هافنیوم ترکیب می کند. لیگاندهای تیوسیانات که به یون های هافنیوم و زیرکونیوم متصل می شوند. و کولین، یک ماده شیمیایی ارزان قیمت و غیر سمی که معمولا به عنوان یک افزودنی غذایی استفاده می شود.

نتیجه این فرآیند کم انرژی که شامل هیچ حلال آلی نیست، رسوب گونه های غنی از هافنیوم است که ضریب جداسازی آن بسیار بالاتر از استاندارد فعلی صنعت است.

همانطور که از نام آن پیداست، فاکتور جداسازی اندازه گیری توانایی یک فرآیند برای جداسازی دو جزء در یک مخلوط است. مقدار بزرگتر از یک نشان می دهد که جداسازی ممکن است. هر چه عدد بالاتر باشد بهتر است

استاندارد صنعتی برای جداسازی زیرکونیوم-هافنیوم بین شش تا هفت است و فرآیند OSU امتیاز بالای 33 را به دست آورد.

نایمن گفت: «ما با جزئیات در سطح اتمی توضیح می دهیم که چگونه جداسازی کار می کند و چگونه جداسازی مبتنی بر بارش می تواند با استخراج با حلال رقابت کند.

ما هنوز سوالاتی داریم که باید به آنها پاسخ دهیم و نقاط عطفی برای دستیابی به آن داریم، اما این یافته ها واقعا هیجان انگیز و تاثیرگذار هستند، به خصوص که جامعه باید به سمت تولید برق بدون کربن و با چگالی بالا، از جمله انرژی هسته ای حرکت کند.

الکساندر روزبورو و همکاران، بارش انتخابی Hf از مولکولهای تیوسیانات آبی (Zr، Hf) از طریق کنترل هسته ای، مجله انجمن شیمی آمریکا (2026). DOI: 10.1021/jacs.6c10597

اطلاعات مجله: مجله انجمن شیمی آمریکا

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →