科学家开发出创新方法分离对清洁能源技术至关重要的镧系元素

科学家开发出创新方法分离对清洁能源技术至关重要的镧系元素 水溶性和油溶性有机分子能有效分离元素周期表中的镧系元素。资料来源：橡树岭国家实验室镧系元素与清洁能源被称为镧系元素的金属具有宝贵的特性，可用于电动汽车和风力涡轮机等清洁能源技术以及许多其他应用。这些元素包括几种关键材料。在自然界中，镧系元素经常混合在一起。工业界必须将它们分离出来，以利用它们各自的特性。但传统的分离方法耗时长、成本高，而且会产生废弃物。现在，科学家们已经开发出一种高效的新方法，可以根据具体情况选择特定的镧系元素。该技术结合了两种物质。一种物质喜水，可捕捉较轻的镧系元素；另一种物质喜油，可捕捉较重的镧系元素。分离技术的创新将一种亲油化合物和一种亲水化合物混合在一起，从化学混合物中提取特定的有价值元素，这在工业规模上是可行的。扩大规模后，该工艺可以使用更小的设备、更少的化学品和更少的废物。这将使新工艺比传统方法更高效、更环保。稀土材料加工取得突破为清洁能源技术制造纯稀土材料14 种镧系元素以及钇和钪最具挑战性和最昂贵的方面是将单个稀土元素相互分离。橡树岭国家实验室的科学家将两种有机物结合在一起：一种亲水，另一种亲油。这些有机物对不同的稀土元素有偏好。例如，一种与较轻的稀土元素相互作用强烈，而另一种则偏爱较重的稀土元素。科学家们用两种不同的液体油和水来测试这种技术。在水中，他们溶解了亲水性物质；在油中，他们加入了亲油性物质。他们发现，与之前使用的单物质方法相比，双物质方法有助于分离最轻和最重的稀土元素。他们使用各种方法研究这些有机化学物质和稀土元素如何相互作用。研究结果提供了有关该过程如何工作的宝贵信息，以及有关如何进一步改进分离系统的真知灼见。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

我国在云南新发现超大规模稀土矿

我国在云南新发现超大规模稀土矿 近日，记者从自然资源部中国地质调查局获悉，我国在云南省红河地区发现超大规模离子吸附型稀土矿。这次发现的超大规模离子吸附型稀土矿，潜在资源达115万吨，其中，镨、钕、镝、铽等关键稀土元素超过47万吨，这是1969年在江西首次发现离子吸附型稀土矿以后的又一重大突破，有望成为中国最大的中重稀土矿床。本次发现的离子吸附型稀土矿主要为中重稀土矿，我国中重稀土资源较为稀缺，应…… - 电报频道 - #娟姐新闻: @juanjienews

蛋壳已被确定为一种可用于提取稀土元素的潜在环保材料

蛋壳已被确定为一种可用于提取稀土元素的潜在环保材料 都柏林圣三一学院自然科学学院和爱尔兰科学基金会应用地球科学研究中心 iCRAG 的研究人员于 6 月 4 日在国际期刊ACS Omega 上发表了他们的突破性研究成果。REE 是电动汽车和风力涡轮机等技术中不可或缺的元素，其需求量与日俱增，但供应却相对短缺。因此，科学家们必须找到从环境中提取这些物质的新方法，而且是可持续的方法，因为目前的方法往往是有害的。在这里，研究人员发现蛋壳中的碳酸钙可以有效地从水中吸收和分离这些宝贵的稀土元素。使用高分辨率显微镜和光谱仪拍摄的合成图像，显示蛋壳中稀土元素的吸收和置换过程。资料来源：都柏林圣三一学院胡安-迭戈-罗德里格斯-布兰科教授研究人员将蛋壳放入含有稀土的溶液中，温度从 25 °C 到 205 °C 不等，时间长达三个月。他们发现，稀土元素可以沿着碳酸钙边界和有机基质扩散进入蛋壳，在较高温度下，稀土会在蛋壳表面形成新的矿物。在 90 °C的温度下，蛋壳表面有助于恢复一种名为Kozoite的稀土化合物的形成。随着温度升高，蛋壳发生了彻底转变，碳酸钙外壳溶解，取而代之的是多晶Kozoite。在 205°C 的最高温度下，这种矿物逐渐转变为基性碳酸盐岩，这是一种稳定的稀土碳酸盐矿物，被工业界用来提取稀土，用于技术应用。这种创新方法表明，废弃蛋壳可以作为一种低成本、环保型材料重新利用，帮助满足对 REES 不断增长的需求，因为蛋壳会随着时间的推移在其结构中捕获独特的稀土。主要作者 Remi Rateau 博士在谈到这项研究的意义时说："这项研究提出了一种潜在的废料创新用途，不仅为稀土元素回收问题提供了可持续的解决方案，而且符合循环经济和废物价值化原则。"首席研究员胡安-迭戈-罗德里格斯-布兰科（Juan Diego Rodriguez-Blanco）教授强调了这一研究成果的广泛意义，并补充道"通过将蛋壳废物转化为稀土回收的宝贵资源，我们解决了与传统提取方法相关的重要环境问题，并为开发更环保的技术做出了贡献"。iCRAG（爱尔兰应用地球科学研究中心）是爱尔兰科学研究院（SFI）的一个中心，致力于推进地球科学研究，重点关注可持续资源管理和环境保护。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

对流层成分研究的新发现可能有助于长期改善空气质量

对流层成分研究的新发现可能有助于长期改善空气质量 一个国际研究小组成功地记录下了气溶胶形成过程中长期假设的催化剂的第一个明确证据。地球大气层的 85% 位于对流层大气层的最底层。尽管如此，我们对改变对流层成分的化学过程的了解仍然存在很大差距。二次有机气溶胶（SOAs）的形成和普遍存在是一个特别重要的知识空白，它影响着地球的辐射平衡、空气质量和人类健康。但得益于美国能源部阿贡国家实验室（DOE）、桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）和美国国家航空航天局（NASA）喷气推进实验室（JPL）领导的国际研究团队的突破性发现，这一差距正在缩小。科学家们在发表于《自然-地球科学》（Nature Geosciences）的一篇新论文中详细介绍了他们的发现。关于克里基中间体的新研究研究小组重点研究了一类被称为克里基中间体（CI）的化合物。研究人员怀疑，当 CIs 通过一种叫做低聚的过程结合在一起时，它们在 SOAs 的形成过程中起着至关重要的作用。但直到现在，还没有人在这一领域直接识别出这一过程的化学特征。研究小组利用目前最先进的大气气相分子和气溶胶检测方法，在亚马逊雨林进行了实地测量，亚马逊雨林是地球上 SOA 最重要的地区之一。在那里，他们发现了与含有碳、氢和氧（CH2OO）的克里基中间化合物反应一致的明显证据。"这一发现意义重大，因为我们能够将在现场看到的实际情况、我们对 CIs 低聚现象的预期以及我们在实验室中的表征和理论判断直接联系起来，"论文第一作者、阿贡大学助理化学家 Rebecca L. Caravan 解释说。这些实地观测仅仅是各实验室合作开展的创新科学的一个组成部分。先进方法和重要发现"除了实地测量，我们还采用了世界上最先进的实验方法来直接描述克里基中间反应的特征。我们利用最先进的理论动力学来预测我们无法直接测量的反应。我们还利用了最先进的全球化学建模，根据这些动力学来评估我们预期低聚物在对流层中产生的影响，"桑迪亚的燃烧化学家 Craig A. Taatjes 说。这种组合产生了一些至关重要的发现。美国宇航局喷气推进实验室研究员卡尔-珀西瓦尔（Carl Percival）说："首先，我们发现 CI 化学在改变对流层成分方面所起的作用可能比目前的大气模型所能解释的还要大，可能要大一个数量级。其次，我们在工作基础上进行的更新建模只产生了我们在现场观察到的低聚特征的一小部分。"这可能意味着 CI 化学可能正在推动对流层内发生更大的变化，或者是其他尚未确定的化学机制在起作用。Caravan总结说："我们还有很多工作要做，才能完全确定CI反应在对流层中的作用。但这些发现极大地扩展了我们对地球大气层中最重要的一层形成 SOA 的潜在重要途径的了解。"编译来源：ScitechDailyDOI: 10.1038/s41561-023-01361-6 ... PC版： 手机版：

"黑色黄金"与绿色能源长在一起：未来有机会从煤矿中开采稀土

"黑色黄金"与绿色能源长在一起：未来有机会从煤矿中开采稀土 犹他州地质调查局的地质学家迈克尔-范登伯格（Michael Vanden Berg）正在检查犹他州老星点煤矿附近的煤矿露头。图片来源：犹他大学 Lauren Birgenheier现在，犹他大学领导的研究记录表明，在科罗拉多州和犹他州乌因塔煤矿带附近的活跃矿井中，关键矿物（稀土元素或 REEs）的一个关键子集浓度升高。这项研究的合著者、地质学和地球物理学副教授劳伦-比尔根海尔（Lauren Birgenheier）说，这些发现为这些矿山提供了一种可能性，即以可再生能源和许多其他高科技应用中使用的金属形式出现的二次资源流："这种模式是，如果已经在移动岩石，那么你是否可以移动更多的岩石来换取能源转型所需的资源？这些地区，我们发现稀土元素集中在细粒页岩单元，即煤层上下的泥质页岩中。"犹他大学地质学家 Lauren Birgenheier 在煤炭加工废料堆检查样本。图片来源：犹他州地质调查局 Michael Vanden Berg寻找稀土的替代来源这项研究是与犹他州地质调查局和科罗拉多州地质调查局合作进行的，是美国能源部资助的碳矿、稀土和关键矿物项目（CORE-CM）的一部分。这些新发现将成为申请额外 940 万美元联邦资金以继续开展研究的基础。虽然这些金属对美国制造业，尤其是高端技术制造业至关重要，但它们大多来自海外。"冶金工程教授、能源部资助项目的首席研究员迈克尔-弗里说："当我们说它们是'关键矿物'时，很多关键性都与供应链和加工有关。"这个项目旨在寻找这些材料的一些替代性非常规国内来源"。这项由加州大学领导的研究上个月发表在《地球科学前沿》（Frontiers in Earth Science）杂志上。研究小组成员包括第一作者哈莉-科（Haley Coe）研究生和负责测试样本实验室的研究教授迭戈-费尔南德斯（Diego Fernandez）。什么是稀土元素？根据两党政策中心（Bipartisan Policy Center）的数据，全球近 90% 的稀土供应都是在中国加工的。这些金属元素包括镧系元素中的 15 种，以及钪（Sc）和钇（Y），它们都位于元素周期表的第三列。这些元素通常以氧化物的形式存在。由于存在的浓度很低，这些矿物很难从矿石中分离出来，也很难相互分离。稀土具有特殊性质，是高科技应用材料的重要成分。犹他大学冶金工程学教授迈克尔-弗里说："它的真正根源在于，可以用这些稀有元素或这些关键矿物形成各种化合物，使它们更具吸引力和更有效率。当观察钕（Nd）镨（Pr）和镝（Dy）这些稀有元素时，它们可以与其他元素结合形成高功率磁体。"许多镧系化合物被用于玻璃和催化剂，以及磁铁、超导体、荧光粉、激光和发光材料。稀土还可用于日常技术，如电视和智能手机屏幕、医疗设备、汽车和流体催化剂。碳中和能源技术，包括风力涡轮机、太阳能电池板、电动汽车、充电电池和节能照明，也需要这些元素。"以用于风力发电的涡轮叶片为例，你希望使用功率更大的磁铁来提高它们的效率。从根本上说，这有助于我们实现能源转型。这关系到能源效率，也关系到存储的能量密度，"Free 说。"这些元素的性能比我们熟悉的普通元素要好得多。"根据美国地质调查局的数据，美国每年平均使用 8,300 公吨的稀土氧化物。位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠的山口矿是美国最大的稀土元素生产商，但其大部分产量都运往海外加工。"在某些情况下，这里的供应并不稳定。在某种程度上是有的，但后来被运到了海外，因为我们不想在这里采购。我们不想在这里开辟新的矿山，"Free 说。"因此，这使得我们在许多高端技术和清洁能源技术方面处于弱势，而我们正试图更多地涉足这些领域。"煤炭与稀土元素矿藏之间的联系在其他地方已经有了很好的记录，但以前几乎没有分析过与犹他州和科罗拉多州曾经繁忙的煤田相关的数据。然而，在长期的衰退中，犹他州和科罗拉多州剩余的活跃煤矿报告说，近年来他们无法以足够快的速度开采，以满足需求和高煤价。研究报告的合著者、犹他州地质调查局能源与矿产项目经理 Michael Vanden Berg 说："第一阶段项目的目标是收集更多数据，以尝试了解这是否值得在西部地区开展。这些岩石中是否富含稀土元素，可以为煤炭开采业提供某种副产品或附加值？"这项研究的目标产煤区从犹他州的瓦萨奇高原向东延伸，穿过布克悬崖深入科罗拉多州。研究人员分析了来自 10 个煤矿、4 个煤矿废料堆、7 个地层完整的岩心，甚至发电厂附近的一些煤灰堆的 3500 份样本。研究对象包括犹他州活跃的天际线矿、金特里矿、埃默里矿和苏弗科矿，最近停产的布克悬崖地区的杜古特矿和莱拉峡谷矿，以及历史悠久的星点矿和海狸溪 8 号矿。研究的科罗拉多州矿山是 Deserado 和 West Elk。分析成千上万的岩石样本"煤炭本身并不富含稀土元素，"Vanden Berg 说。"开采煤炭不会产生副产品，但对于开采煤层的公司来说，他们能否同时开采几英尺厚的地板？能不能在天花板上开采几英尺？那里是否有潜力？这就是数据为我们指引的方向。"为了收集样本，研究小组直接与煤矿经营者合作，检查煤层露头和加工废料堆。在某些情况下，他们还分析了钻孔岩心，包括存档的岩心和最近在煤矿钻取的岩心。研究小组进入犹他州的煤矿，从连接煤层的地下斜坡收集岩石样本。研究人员采用了两种不同的方法来记录样本中存在的 REE 含量，单位为百万分之一或 ppm。一种是用于现场快速读数的手持设备，另一种是在费尔南德斯负责的校内实验室中使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。Birgenheier 说："我们主要使用这种便携式 X 射线荧光设备，这是一种分析枪，我们把它放在岩石上两分钟，它只能提供 17 种稀土元素中的 5 或 6 种。如果样本中的稀土元素浓度高于百万分之 200，他们就会使用校园里的质谱仪进行更全面的分析。"能源部规定，稀土开采的最低经济可行浓度为 300 ppm。不过，在研究中，研究人员认为浓度超过 200ppm 的稀土被视为"富集稀土"。研究发现，在与煤相邻的粉砂岩和页岩地层中，稀土浓度最高，而砂岩和煤本身大多不含稀土。迄今为止，研究小组已经分析了 11000 个样本，远远超过了发表的研究报告中使用的样本数量。下一步工作包括确定稀土矿的含量，这可能要与怀俄明大学和新墨西哥矿业技术学院的同事共同完成。Birgenheier 说："我们仍在不断取得成果，论文也将很快发表。我们正在撰写第二阶段的建议书。我们还不能对资源量进行估算，因为我们还没有这些数据。下一阶段将推动我们回答'如何实际计算这些矿藏中的稀土量？"稀土元素是如何到达那里的？这项研究并没有确定富集邻近煤层的地质过程，但比尔根海尔提出了一些理论。犹他州的许多含煤地层沉积于距今 6600 万年前的白垩纪，当时美国西部火山活动频繁。"有两种模式。一种可能是火山灰将稀土带入古代泥炭沼泽，"她说。"另一种是有证据表明泥炭沼泽中的陆地有机物质实际上吸收了重稀土。然后，经过时间、高温和掩埋，富含稀土的泥炭沼泽变成了犹他州和科罗拉多州的煤矿。"Birgenheier 解释说："我们认为稀土存在于煤炭中，并且已经迁移到煤炭上方和下方的相邻泥岩或粉砂岩中，可能是通过一种叫做成岩作用的过程，基本上就是岩石沉积后发生的任何流体运动。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学简单点：什么是“关键材料” 美国政府定义了多少种？

科学简单点：什么是“关键材料” 美国政府定义了多少种？ 镓，美国政府认定的关键材料之一，因为它在许多重要技术中都有应用。图片来源：Maxim Bilovitskiy, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.许多关键材料具有独特的性能，因此对先进技术非常重要。例如，有些材料可用于制造非常坚固、紧凑的磁铁，有些材料可加速化学反应，还有一些材料可有效地将电能转化为光能。能源部确定的所有关键材料都是天然元素，没有一种是在实验室中创造出来的。几乎所有这些元素都来自恒星和超新星，只有极少量是通过放射性衰变和其他方式产生的。这意味着地球上的供应就是我们目前所拥有的一切。上图中的镓就是这些关键材料之一。镓用于制造各种电子设备。它常用于 LED 灯泡、智能手机中的通信芯片和高效电源。由于镓十分稀有，因此并不直接开采，而是作为铝制造过程中的副产品生产出来。中国的镓产量占全球产量的 90% 以上，并于 2023 年宣布严格限制这一关键元素的出口。概况我们可以通过英国皇家化学会的在线元素周期表，了解更多有关关键材料和所有元素的信息。这些关键材料包括 17 种稀土金属中除一种之外的所有材料。这些银色金属的化学性质相似。它们之所以被称为"稀有"，部分原因是它们往往同时存在，很难从其他材料中分离出来。由能源部科学办公室支持的研究项目可以降低关键材料的回收成本。欧盟也关注关键材料。在这份来自Politico 的指南中，您可以了解有关其中 12 种材料的更多信息。从太阳能电池板和风力涡轮机到电动汽车充电器和电池，关键材料对清洁能源技术至关重要。这些用途正是能源部密切关注关键材料的原因。根据《两党基础设施法和通货膨胀削减法》，能源部负责监督几项关键计划，以解决关键材料问题。能源部制造和能源供应链办公室（MESC）正在三个资助领域领导工作，即电池制造和回收补助金、电池材料加工补助金和48C 税收抵免计划。MESC 和能源部化石能源与碳管理办公室(FECM) 正在领导稀土元素示范设施的工作。化石能源和碳管理办公室还在利用采矿和工业废料以及其他非常规来源生产和加工稀土元素和其他关键材料。能源部还创建了关键材料创新中心(CMI Hub）。该中心由艾姆斯国家实验室领导，由能源部先进材料与制造技术办公室管理。CMI 正在开展应用研究，以推动技术发展，从而开辟关键材料的新来源、这些材料的替代品以及通过再利用和再循环更好地利用现有材料的方法。该中心还研究新的方法，以促进科学发展、保护环境，并分析关键材料的供应链和经济性。更多有关“关键材料”资源能源部关键矿物和材料计划，包括该计划对这些材料的定义能源部科学办公室的基础能源科学计划，是能源部在关键材料方面的大部分工作的中心。为关键材料奠定科学基础关键材料创新中心能源部关键材料中心DOE关键材料战略报告DOE关于从煤炭和煤炭副产品中回收 REE/CM 的报告美国地质调查局关于关键材料的报告相关文章:科学简单点：什么是超级计算？科学简单点：什么是人工智能？科学简单点：什么是量子力学？科学简单点：什么是水力发电？科学简单点：什么是核能？科学简单点：什么是气候复原力？科学简单点：什么是纳米科学？科学简单点：什么是暗物质和暗能量？科学简单点：什么是 X 射线光源？科学简单点：什么是自主发现？科学简单点：什么是氢能源？ ... PC版： 手机版：