Công nghệ gia nhiệt siêu nhanh giúp thu hồi đất hiếm từ rác thải điện tử

Nhóm nghiên cứu do giáo sư hóa học James Tour cùng tiến sĩ Xu Shichen (Đại học Rice) dẫn đầu.

Phương pháp tái chế truyền thống tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra chất thải độc hại. Còn phương pháp mới sử dụng công nghệ gia nhiệt Joule (FJH) kết hợp khí clo chiết xuất REE chỉ trong vài giây. FJH chỉ cần vài mili giây là có thể khiến nhiệt độ vật liệu tăng lên hàng nghìn độ mà chẳng cần nước hay axit, giúp quy trình xử lý trở nên xanh hơn. Theo giáo sư Tour: “Đây là bước nhảy vọt mà chúng ta cần để đảm bảo chuỗi cung ứng tuần hoàn và linh hoạt”. Cách tiếp cận này phù hợp với nỗ lực tăng cường nguồn cung nội địa, giảm phụ thuộc REE nhập khẩu mà nhiều quốc gia đang theo đuổi.

Nhóm nghiên cứu đặt giả thuyết FJH kết hợp khí clo sẽ khai thác được sự khác biệt về năng lượng tự do Gibbs và điểm sôi để loại bỏ có chọn lọc số nguyên tố không phải REE khỏi nam châm bỏ đi. Bằng cách kiểm soát chính xác nhiệt độ trong vài giây, hợp chất không phải đất hiếm chuyển đổi thành clorua dễ bay hơi tách sạch khỏi REE thể rắn.

“Ưu điểm về nhiệt động lực học giúp quá trình này vừa hiệu quả vừa sạch sẽ. Phương pháp này không chỉ hiệu quả ngay trong thời gian ngắn so với phương pháp truyền thống mà còn tránh dùng đến nước hoặc axit, điều mà trước đây bất khả thi”, tiến sĩ Xu cho biết. Kết quả thử nghiệm của nhóm được củng cố bằng đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA) cùng phân tích kinh tế kỹ thuật (TEA).

Phương pháp FJH kết hợp khí clo đạt độ tinh khiết và hiệu suất thu hồi REE trên 90%. LCA cùng TEA cho thấy mức tiêu thụ năng lượng giảm 87%, lượng khí thải nhà kính giảm 84%, chi phí vận hành giảm 54% so với phương pháp thủy luyện.

Quy trình nêu trên giúp việc xây dựng tái chế quy mô nhỏ hoặc lớn gần điểm thu gom rác thải điện tử trở nên khả thi. Các hệ thống cục bộ có thể xử lý nam châm bỏ đi một cách nhanh chóng và sạch sẽ, giảm chi phí vận chuyển lẫn tác động đến môi trường.