Riassunto:
I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato una nuova molecola di estrazione che può essere alimentata direttamente dall'elettricità per recuperare metalli preziosi da rifiuti elettronici, logistica mineraria e rifiuti industriali e ridurre significativamente la dipendenza dei processi tradizionali dai reagenti chimici. Questa ricerca potrebbe rendere il processo di riciclaggio dei metalli più pulito, più semplice e più efficiente dal punto di vista energetico.
Il risultato di questa ricerca, guidata da Su Xiao, professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso la scuola, è stato pubblicato su "ACS Energy Letters". Il gruppo di ricerca aveva precedentemente proposto nel 2024 una tecnologia di estrazione liquido-liquido continua mediata elettrochimicamente, e-LLE, per il recupero dell’oro dai rifiuti elettronici. La tecnologia dimostra che l’elettricità può sostituire le grandi quantità di acidi e basi tipicamente necessarie nell’estrazione liquido-liquido. L’estrazione liquido-liquido è una tecnica ampiamente utilizzata per separare e purificare i metalli, ma all’epoca i sistemi richiedevano ancora reagenti chimici aggiuntivi per completare l’intero ciclo di estrazione.
Questa volta, i ricercatori hanno eliminato questo passaggio chimico rimanente modificando la molecola di estrazione stessa. Hanno progettato una molecola multifunzionale che lega selettivamente gli ioni metallici, ha una carica permanente ed è stabile nella fase organica utilizzata per l'estrazione. Poiché la molecola trasporta la propria carica elettrica, i ricercatori possono controllare la sua reazione direttamente con l'elettricità, eliminando la necessità di reagenti chimici intermedi precedentemente necessari.
La carica permanente incorporata nella nuova molecola agisce come un elettrolita, rendendo il liquido conduttivo, ha affermato la ricercatrice post-dottorato Deborah Schmidt, coautrice dell'articolo. Pertanto, le reazioni redox possono essere guidate dall’elettricità piuttosto che dalle sostanze chimiche. Nota che questo lavoro consente la completa elettrificazione di un processo di separazione industriale che fa molto affidamento sui reagenti chimici.
Su Xiao ha detto: "Questa è la prima volta che eseguiamo l'estrazione elettrochimica con solvente nel modo in cui una volta immaginavamo. Carichiamo la molecola, questa lega il metallo e lo porta nella fase organica, quindi rilascia il metallo attraverso l'elettricità."
Azionando il processo direttamente con l'elettricità, il consumo di sostanze chimiche può essere ridotto di uno o due ordini di grandezza, mentre anche il ciclo di estrazione risulta semplificato. La sostituzione dei reagenti intermedi con l’elettricità potrebbe teoricamente ridurre sia i rifiuti chimici che il consumo di energia.
Nei test di laboratorio, i ricercatori hanno utilizzato la molecola per recuperare selettivamente l'oro dal percolato dei rifiuti elettronici. Il cosiddetto percolato è una soluzione che si forma sciogliendo i metalli preziosi nei rifiuti di prodotti elettronici. Gold è la prima dimostrazione di questa ricerca, ma l'obiettivo più ampio del team è stabilire una serie di principi di progettazione molecolare per sviluppare estratti elettroattivi per altre sfide di separazione.
Adryjek Aguda, coautore dell'articolo e studente laureato, ha affermato che questo sistema può essere adattato al recupero selettivo di una varietà di metalli di alto valore, come il recupero di metalli del gruppo del platino da catalizzatori per auto esausti e il recupero di molteplici elementi chiave da sterili o altre materie prime complesse. Poiché la stessa piattaforma elettrochimica rimane sostanzialmente invariata, i ricercatori possono regolare la struttura chimica dell'estraente per colpire metalli diversi in base alle diverse esigenze applicative.
Su Xiao ha affermato che questa ricerca apre un percorso fondamentale per comprendere e progettare tali sistemi. Nella fase successiva, il team si concentrerà sulla promozione dello sviluppo di questa tecnologia per applicazioni su scala industriale, continuando a sviluppare soluzioni di progettazione molecolare e cercando la cooperazione nella modellazione computazionale e nell’intelligenza artificiale per accelerare lo screening e la scoperta di nuovi agenti di estrazione.
Su Xiao ha affermato che, poiché le risorse minerarie critiche e le questioni relative alla catena di approvvigionamento ricevono sempre maggiore attenzione, questo risultato dimostra che l'elettrochimica ha il potenziale per fornire una tecnologia di separazione scalabile e a basso contenuto di rifiuti e promuovere le persone a ripensare come riciclare i metalli in un modo più pulito e completamente elettrificato.
Il documento di ricerca è intitolato "Direct Electrification of Liquid-Liquid Extraction by Imparting Fixed Charges to Selective Redox Active Compounds" ed è stato pubblicato in "ACS Energy Letters" il 7 luglio 2026. Il DOI è 10.1021/acsenergylett.6c01434. La ricerca è stata finanziata dalla Basic Energy Sciences Division e dal Separation Sciences Program dell'Office of Science del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, numero di progetto DE-SC0025636.
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