通过化学“变色龙”实现稀土提纯的创新进展

来自 实验室仪器网

最近，科学家们开发出一种被称为“化学变色龙”的新型材料，能够在稀土元素的提纯过程中发挥重要作用。这种材料具有可调节的化学性质，能够选择性地吸附和释放特定的稀土离子，显著提高提纯效率。此研究在《化学学会杂志》上发表。

镧系金属广泛用于各种产品和应用，包括生物医学成像、工业化学品生产和电子产品。镧系稀土金属由15种镧系元素和两种其他元素组成。

与它们的名字相反，大多数稀土金属并不罕见；镧系元素天然存在于矿石矿床中，其中几种在环境中的分布与铜和铅一样普遍，然而，这些金属的卓越品质让它们如此广泛地被利用，但只有当从开采时发现的其他金属组合中提取出单个镧系元素时，它们才有用。所选金属必须经过高度精炼才能用于其预期用途。这种技术的复杂性使其变得罕见。

为了从稀土矿物溶液中分离出特定金属，科学家和工业界利用配体，即优先与溶液中的特定金属结合的化合物。这些化学物质溶解在有机溶剂中，然后与镧系元素组合的水基溶液混合。

有机溶剂（如油）不会与水结合，因此会导致层分离。如果分子在混合过程中有效地从溶液中提取目标金属，它会在溶剂和水溶液分离时将其吸入有机层。然后可以进一步处理和精炼金属。

目前最好的商业分离程序是分阶段进行的，镧系元素按一定顺序分离，从重到轻或从轻到重。这个过程既费时又费钱，而且会产生大量垃圾，不一定对环境友好。

变色龙来了。当科学家研究与上述方法中采用的化合物相同的现有配体时，他们发现了一些新的东西：一种根据实验设置而表现不同的配体。

这种化合物就像变色龙一样，会根据周围环境改变其行为，根据溶液的酸含量以及配体与之相互作用的时间长度与各种镧系元素结合。例如，如果环境是酸性的，配体将优先与较重的镧系元素结合。

使用同一种化合物分离系列中的多种镧系元素可能会减少这种典型且成本高昂的操作所需的步骤数。此外，根据具体情况，本研究中使用的配体可能会以任何顺序分离最重、最轻和中等重量的镧系元素。

其他配体不会表现出相同的行为。直到最近，科学家们才知道这种配体也会表现出相同的行为。变色龙配体看起来与其他众所周知的配体相似；然而，它的行为却截然不同。现在人们知道镧系元素结合化合物具有这样的能力和系统，因此可以更详细地研究这种配体，并找到具有类似特征的其他化合物。

使用同一种化合物分离系列中的多种镧系元素可能会减少这一常见且成本高昂的操作所需的步骤数。此外，根据具体情况，本研究中使用的配体可能会以任何顺序分离最重、最轻和中等重量的镧系元素。

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