Recyclingfaciliteiten verzamelen glas en kwik uit weggegooide fluorescentielampen, maar afgedankte verlichting kan ook zeldzame aardmetalen leveren voor hergebruik. De 17 metalen die zeldzame aardmetalen worden genoemd, zijn niet allemaal overal verkrijgbaar en kunnen niet gemakkelijk worden gewonnen met de bestaande recyclingmethoden.

Nu hebben onderzoekers een eenvoudiger manier gevonden om licht magnetische deeltjes te verzamelen die zeldzame aardmetalen bevatten uit gebruikte fluorescentielampen. Het team beschrijft zijn proof-of-concept gemagnetiseerde chromatografiemethode in ACS Sustainable Chemistry &Engineering .

Veel moderne technologieën, zoals elektrische voertuigen en microchips, maken gebruik van zeldzame aardmetalen vanwege hun unieke magnetische, elektrische en optische eigenschappen. Slechts een handvol landen beschikt echter over onaangeboorde voorraden van deze metalen. Grootschalige recycling van zeldzame aardmetalen van verouderde, kapotte apparaten is een uitdaging omdat de metalen in verschillende componenten zijn geïntegreerd en slechts in kleine hoeveelheden aanwezig zijn.

In afgedankte TL-verlichting worden mengsels van op zeldzame aardmetalen gebaseerde fosforen, de stoffen die bijdragen aan de kleur van een lamp, aangetroffen in een dunne laag in de lamp. Daarom wilden Laura Kuger, Matthias Franzreb en collega's een low-tech methode ontwikkelen om deze fosforen gemakkelijk te verzamelen door gebruik te maken van de zwakke magnetische eigenschappen van de elementen.

De onderzoekers gebruikten een draadspoel om extern een magnetisch veld aan te leggen op een glaschromatografiekolom gevuld met gestapelde schijven van roestvrij staalgaas. Vervolgens maakten ze een demonstratiemonster klaar om door de kolom te gaan om te zien of deze de fosforen kon opvangen.

Eerst verkregen de onderzoekers drie verschillende zwakmagnetische zeldzame aardfosforen van een lampenfabrikant. Vervolgens bootste het team onderdelen van oude fluorescentielampen na door de fosfordeeltjes in een vloeibare oplossing te mengen met niet-magnetische silicaoxide- en sterk magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes, die respectievelijk glas- en metaalcomponenten in de lampen vertegenwoordigen.

Toen de vloeistof vervolgens werd geïnjecteerd en door de chromatografiekolom stroomde, bleven de fosfor- en ijzeroxide-nanodeeltjes aan het gemagnetiseerde roestvrijstalen gaas plakken, terwijl de water- en silicadeeltjes aan de andere kant naar buiten stroomden.

Om de fosforen uit de kolom te verwijderen, verminderden de onderzoekers langzaam de sterkte van het externe magnetische veld terwijl ze de kolom met vloeistof spoelden. Tenslotte kwamen de sterk magnetische ijzeroxide-nanodeeltjes vrij uit de kolom toen het magnetische veld werd uitgeschakeld.

De onderzoekers merkten op dat hun methode 93% van de zeldzame aardfosforen terugwon uit het oorspronkelijke mengsel dat lampcomponenten nabootste. Hoewel er meer werk nodig is om individuele zeldzame aardmetalen te scheiden van de fosforen en om de methode voor industriële recyclingtoepassingen op te schalen, zeggen Kuger, Franzreb en collega's dat hun aanpak een stap is in de richting van een praktische manier om oude gloeilampen om te zetten in nieuwe technologieën voor een mooiere en duurzamere toekomst.

Meer informatie: Laura Kuger et al., Ontwerp van een magnetisch veldgecontroleerd chromatografieproces voor efficiënte en selectieve fractionering van zeldzame aardfosforen uit fluorescentielampen op het einde van hun levensduur, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c05707

Aangeboden door American Chemical Society