Phương pháp tái chế đất hiếm từ rác thải điện tử

Đất hiếm từ rác thải điện tử là thành phần quan trọng cho các công nghệ tương lai như ô tô điện hoặc năng lượng tái tạo. Các nhà khoa học ở California công bố một phương pháp mới giúp phục hồi các kim loại đã qua sử dụng từ một loại protein tự nhiên.

Phục hồi các kim loại đã qua sử dụng

Hầu hết các gia đình đều có những thiết bị điện không còn sử dụng được nữa. Ước tính, riêng ở Đức hiện có khoảng 200 triệu điện thoại di động hoặc điện thoại thông minh cũ.

Các thiết bị cũ không phải là thứ vô giá trị, bởi chúng chứa nguồn nguyên liệu thô có giá trị như đất hiếm. Các kim loại này được sử dụng trong một số sản phẩm điện tử: màn hình plasma, nam châm đặc biệt hoặc pin. Do đó, chúng là thành phần quan trọng cho các công nghệ tương lai như ô tô điện hoặc năng lượng tái tạo, và cho đến nay vẫn chưa thể thay thế được.

Đất hiếm là nguyên liệu thô được ưa chuộng nhưng trữ lượng lại khá hạn chế. Đất hiếm là một nhóm gồm 17 kim loại, thường chúng xuất hiện tại cùng một địa điểm và trong cùng một loại khoáng thạch.

Đất hiếm tuy chỉ được sử dụng với khối lượng nhỏ nhưng lại không thể thiếu trong các lĩnh vực sản xuất máy tính, đầu DVD, các loại ắc quy công suất lớn, ô tô lai Hybrid, bán dẫn, điện thoại di động, một số thiết bị quân sự và tuốc-bin gió. Các nước có nền công nghệ phát triển như Trung Quốc, Nhật Bản và Mỹ, đều có nhu cầu lớn về đất hiếm.

Đất hiếm là nguyên liệu thô được ưa chuộng. (Ảnh: Canhodanang.vn)

Hiện nay Trung Quốc là nước khai thác đất hiếm nhiều nhất thế giới. Đất hiếm được lấy từ quặng thông qua các quy trình vô cùng phức tạp.

Vì lẽ đó, từ lâu các nhà khoa học đã nghiên cứu để tìm ra những quy trình tái chế kim loại. Một nhóm các nhà khoa học xung quanh Dan Park từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore ở California vừa công bố trên tạp chí ACS Central Science một phương pháp mới, theo đó một loại protein tự nhiên có thể giúp phục hồi các kim loại đã qua sử dụng.

Lanmodulin được sử dụng để sản xuất điốt phát quang và đèn hình. (Ảnh minh họa)

Loại protein này có tên là Lanmodulin, có nguồn gốc từ vi khuẩn có thể chuyển hóa khí metan, thí dụ như trong bùn từ quá trình thối rữa (còn được gọi là bùn tiêu hóa). Protein này có thể liên kết đặc biệt tốt với các kim loại có giá trị, như các nguyên tố xeri và neodymi. Nguyên tố, được đặt theo tên của hành tinh lùn Ceres, được phát hiện vào đầu thế kỷ 19 và được sử dụng để sản xuất điốt phát quang và đèn hình. Neodymium cũng là một nguyên tố đất hiếm và được sử dụng làm nam châm chuyên dụng, ví dụ như trong ổ đĩa cứng, hoặc dùng trong ô tô điện và ô tô  hybrid.

Tuy nhiên, những nguyên tố này rất khó tách biệt với những nguyên tố khác. Các nhà nghiên cứu hiện đã khắc phục thành công vấn đề này bằng cách thu thập cả hai chất từ một dung dịch chứa các hạt lanmodulin nhỏ mà trong đó các nguyên tố liên kết với nhau.

Đây là bước tiến quan trọng đối với việc tái chế đất hiếm, vì nó giúp tách các chất cần thiết ra khỏi kim loại phế liệu trong các linh kiện điện tử không còn được sử dụng một cách dễ dàng hơn. Lanmodulin có một số ưu điểm trong các quy trình công nghiệp, nó khá bền và có thể chịu được cả nhiệt độ cao và độ - pH thấp, có nghĩa là nó cũng có thể tồn tại trong môi trường axit.

Hữu ích trong việc phát triển các liệu pháp điều trị mới

Protein này thậm chí có thể được sử dụng ở nồng độ kim loại rất thấp, ví dụ như trong môi trường cacbon. Từ các nghiên cứu trước đây người ta đã biết Lanmodulin có thể sử dụng trong các quy trình tái chế với kết quả tốt, năng suất cao. Ngoài ra,  quá trình chiết xuất cũng diễn ra khá nhanh chóng.

Lanmodulin, chỉ mới được phát hiện cách đây vài năm, nó còn rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác. Một nghiên cứu gần đây, đã công bố trên tạp chí Science Advances, cho thấy protein này liên kết tốt với nguyên tố hóa học actinium. Loại kim loại phóng xạ này được sử dụng trong y học cho cả ứng dụng hình ảnh và điều trị. Nó được cho là một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các liệu pháp điều trị ung thư thế hệ tiếp theo.

Cho đến nay, actinium phải được làm sạch qua một quy trình rất phức tạp để giảm sự độc hại đối với người bệnh. Lanmodulin có thể cải thiện quá trình làm sạch này. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng lanmodulin hiệu quả hơn so với các phân tử cổ điển, nó liên kết với actini ngay cả khi bị nhiễm một lượng lớn radium và stronti hoặc các nguyên tố trong cơ thể như canxi, kẽm và đồng.

Các nhà nghiên cứu tin rằng kết quả nghiên cứu trên kết hợp có tiềm năng to lớn trong việc cách mạng hóa một số bước quan trọng trong lĩnh vực hóa dược, từ tinh chế đồng vị đến đưa vào ứng dụng lâm sàng.

Nguyễn Linh (T/h)