Công nghệ mới này mở ra triển vọng tối ưu hóa nguồn cung khoáng sản bền vững.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Illinois Urbana-Champaign
đã tạo ra một phân tử tích hợp ba chức năng trong cùng một cấu trúc gồm chọn lọc
liên kết với ion kim loại, mang điện tích cố định và hòa tan được trong dung
môi hữu cơ của quy trình chiết tách. Điện tích tích hợp cho phép các nhà khoa học
sử dụng trực tiếp tín hiệu điện để điều khiển quá trình vận hành mà không cần bổ
sung các tác chất như axit hay bazơ để kích hoạt phản ứng.
Công trình này được phát triển dựa trên hệ thống chiết
tách lỏng-lỏng qua trung gian điện hóa liên tục (e-LLE) do chính nhóm giới thiệu
vào năm 2024. Ở hệ thống trước, điện năng đã thay thế được nhiều loại axit và
bazơ nhưng vẫn bắt buộc phải bổ sung thêm hóa chất để hoàn tất chu trình. Việc
thay đổi cấu trúc phân tử chiết tách ở nghiên cứu mới đã giải quyết hoàn toàn hạn
chế này.
Phân tử mới có điện tích cố định đóng vai trò như chất
điện ly, giúp dung môi dẫn dòng điện để kích hoạt các phản ứng oxy hóa-khử bằng
điện. Quy trình vận hành gồm hai bước cơ bản: phân tử được kích hoạt bằng điện
để liên kết và đưa kim loại mục tiêu sang pha hữu cơ, sau đó việc thay đổi trạng
thái điện của phân tử sẽ giải phóng kim loại để tiếp tục chu trình mới.
Trong thử nghiệm thực tế, nhóm nghiên cứu đã thu hồi
thành công có chọn lọc vàng từ dung dịch chiết rác thải điện tử. Kết quả cho thấy
phương pháp mới giúp giảm lượng hóa chất tiêu thụ từ 10 đến 100 lần so với quy
trình truyền thống, góp phần làm giảm đáng kể lượng chất thải xả ra môi trường
và đơn giản hóa các công đoạn thu hồi.
Mặc dù vàng được chọn làm đối tượng thử nghiệm đầu
tiên, cấu trúc hóa học của phân tử chiết tách hoàn toàn có thể tùy biến để áp dụng
cho nhiều loại kim loại giá trị khác trên cùng một nền tảng điện hóa. Tiêu biểu
như nhóm kim loại bạch kim trong bộ xúc tác khí thải ô tô cũ, hoặc các nguyên tố
quan trọng tồn tại trong bãi thải khai khoáng và các dòng chất thải công nghiệp
phức tạp.
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tiếp tục thiết kế các
dòng phân tử mới và đánh giá khả năng mở rộng quy mô ứng dụng trong công nghiệp.
Để đẩy nhanh tốc độ tìm kiếm những phân tử chiết tách tối ưu hơn, các nhà khoa
học cũng đang kết hợp thêm các mô hình tính toán cùng công nghệ trí tuệ nhân tạo.
Đột phá này được kỳ vọng sẽ tạo nền tảng cho các quy trình tách kim loại ít chất
thải, vận hành hoàn toàn bằng điện và hướng tới xây dựng chuỗi cung ứng khoáng
sản bền vững.
Theo SHTT