ムール貝はエコにインスピレーションを与える

2023 年 8 月 9 日

ジェイミー・オバーディック

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク — 希土類元素 (REE) に関しては難問があります。これらはクリーンエネルギーにおいて重要な役割を果たしており、軽量で効率的なバッテリーや風力タービンの必須コンポーネントの生産に不可欠です。逆に、これらの元素の従来の抽出は、生息地の破壊、水質および大気汚染、これらの元素の抽出と処理に必要な大量のエネルギーに至るまで、環境上の懸念を引き起こします。

この難問を解決するために、ペンシルベニア州立大学の研究者たちは海中でインスピレーションを見つけました。それはムール貝の粘りです。研究者らは、この天然の接着剤を模倣することにより、イガイからインスピレーションを得た新しいナノセルロースコーティング（MINC）を開発しました。このコーティングは、大量のエネルギーを使用せずに産業廃水などの二次資源から希土類元素を回収する、彼らが言うところの「驚くべき、驚くべき」能力を実証しました。。

彼らはこの研究を 7 月 31 日に ACS Applied Materials and Interfaces に発表しました。 9月には同誌の表紙に掲載される予定だ。

ムール貝は、イガイのタンパク質に含まれるカテコールベースの分子の接着特性のおかげで、水中の表面に接着する驚くべき能力を持っています。 MINC は、独特の粘着特性を持つ極小の毛状セルロースナノクリスタルで構成されており、これを反映しています。 MINC は、ドーパミン媒介広告層形成と呼ばれる技術を介して基板に適用されます。化学反応により、MINC は表面に分子の薄い層を形成し、幅広い基材に貼り付けることができます。

「MINCのアプローチは、従来の抽出方法に代わる持続可能で環境に優しい代替手段を提供し、環境への影響を最小限に抑え、重要な元素の長期利用に貢献します」と筆頭著者で化学工学および生物医工学の助教授であるアミール・シェイクは述べた。礼儀により。

研究者らは、特定の希土類元素であるネオジムを抽出するために MINC を適用することに焦点を当てました。米国エネルギー省は、供給不足と、電気自動車や風力タービンの電力供給システムに使用される電気自動車のバッテリーや磁石などの新興の持続可能な技術に大きな影響を与えるため、ネオジムを重要な材料として挙げています。ただし、希土類元素の「希少」部分はネオジムに特に当てはまります。この重要な元素はすぐに抽出できる供給が不足しているため、産業廃水のリサイクルなどの二次資源から抽出する必要があるからです。シェイク氏によれば、これは非効率的であり、エネルギーを大量に消費する可能性があります。

「ネオジムの世界的な供給が限られていることと、現在の抽出方法が環境に与える影響を考慮すると、希土類希土類回収のための環境に優しく持続可能なアプローチの開発が必要です」とシェイク氏は述べ、従来の抽出技術では灯油などの有毒化学物質が大量に使用され、対象元素を浄化します。「これまでのレアアース抽出方法では、アルギン酸ゲル、リンゾルゲル材料、ナノチューブ、多孔質カーボンなどの吸着剤が利用されてきましたが、これらの技術では効率が限られています。」

MINC コーティングは、ネオジムに対する磁石のようなものであり、元素が 100 万分の 1 という限られた量しか存在しない場合でも、希土類元素を水から引き抜きます。

「ネオジムを抽出する際の課題は、低濃度で効率的かつ選択的にネオジムを除去することにあります。この研究で発表されたMINCは、ネオジム除去の選択性と能力が向上し、以前の方法の限界を克服します。」とシェイク博士は述べました。