利用可重复使用的离子液体从粉煤灰提取稀土元素硝酸铈

稀土元素存在于许多日常产品中，例如智能手机、LED灯和电池。然而，值得开采的大型矿床为数很少，导致全球的供应链紧张。因此，不得不从煤炭燃烧后的粉煤灰废弃物等非传统资源回收稀土元素。在美国化学学会的《Environmental Science & Technology》期刊中，研究人员报告了一种利用离子液体从粉煤灰找那个回收稀土元素的简单方法。

虽然稀土元素并非如其名称所暗示的那样稀少，但是，主要储量要么集中于政治敏感的地区，要么因分布非常分散而使得开采非常困难。因此，为了确保供应，相关机构转而开始处理其他富含稀土的资源。例如燃煤电厂的粉煤灰副产物中的稀土元素含量与天然稀土原矿的含量相似。然而，目前从粉煤灰提取这类金属的方法具有危害性，需要经过多步提纯才能获得可用的产品。一个可能的解决方案是使用离子液体。研究人员认为，这些液体对环境无害，并可重复使用。

尤其是，一种被称为甜菜碱-双（三氟甲基磺酰）亚胺或[Hbet][Tf2N]的离子液体可选择性溶解稀土氧化物，而不溶解其他金属氧化物。这种离子液体在加热时也独特地溶解于水，然后，在冷却后又分成两相。因此，佐治亚理工学院的Ching-Hua Huang、Laura Stoy及其同事试图了解该离子液体能否高效且优先地从粉煤灰中提取需要的元素，是否可以有效地提纯该液体，确保稀土提取工艺安全，产生的废弃物极少。

研究人员先用碱性溶液预处理粉煤灰，然后将其干燥，再加热悬浮在含[Hbet][Tf2N]的水中的粉煤灰，形成单一物相。在冷却后，溶液分离成为多个不同的相态。离子液体可以从新产生的粉煤灰中萃取77%以上的稀土元素。对于在储存池内存放了多年的风化粉煤灰，离子液体萃取的稀土元素百分率甚至更高（97%）。最后，采用稀酸从离子液体中解吸稀土元素。

研究人员发现，在浸出期间，添加甜菜碱可提高稀土元素的萃取率。研究团队测试了离子液体的可重复使用性，他们用冷水洗涤离子液体，去除过量的酸，通过3个浸出-清洗循环的试验，发现离子液体对稀土的萃取效率没有变化。研究人员表示，这种方法造成的浪费少，可以获得富含稀土元素并且杂质少的溶液。该方法可以用于从储存池中的大量粉煤灰回收稀土元素。