Edelmetalen zoals platina en palladium worden steeds belangrijker vanwege de groei in milieuvriendelijke toepassingen zoals brandstofcellen en katalysatoren voor verontreinigingsbeheersing. Maar de wereld heeft beperkte hoeveelheden van deze materialen, wat betekent dat fabrikanten zullen moeten vertrouwen op efficiënte recyclingprocessen om aan de vraag te voldoen.

Bestaande recyclingprocessen gebruiken een combinatie van twee anorganische zuren die bekend staan ​​als "aqua regia" om edele metalen op te lossen, een klasse van materialen die platina, palladium, goud en zilver. Maar omdat de metalen vaak samen oplossen, onzuiverheden die in het recyclingproces worden geïntroduceerd, kunnen de efficiëntie van katalysatoren die uit de gerecyclede materialen worden geproduceerd, schaden. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Georgia Institute of Technology hebben een nieuw organisch oplosmiddelproces ontwikkeld dat kan helpen het probleem aan te pakken - en nieuwe mogelijkheden biedt voor het gebruik van deze metalen in kankertherapieën, micro-elektronica en andere toepassingen.

Het nieuwe Georgia Tech-oplossysteem gebruikt een combinatie van twee chemicaliën:thionylchloride en een verscheidenheid aan organische reagentia zoals pyridine, N, N-dimethylformamide (DMF), pyrimidine of imidazool. De concentraties kunnen worden aangepast om bij voorkeur goud of palladium op te lossen, en nog belangrijker, geen enkele combinatie van de organische chemicaliën lost platina op. Dit vermogen om edelmetalen bij voorkeur op te lossen, creëert een systeem op maat dat een hoge mate van controle over het proces biedt.

"We moeten deze edelmetalen selectief kunnen oplossen om hun zuiverheid in een verscheidenheid aan belangrijke toepassingen te garanderen, " zei CP Wong, een Regents-professor aan de Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. "Hoewel we nog niet helemaal begrijpen hoe het werkt, we geloven dat dit systeem veel nieuwe mogelijkheden biedt voor het gebruik van deze metalen."

Onlangs is in het tijdschrift een paper gepubliceerd waarin het onderzoek wordt beschreven Angewandte Chemie .

Katalysatorsystemen die gebruik maken van meer dan één metaal, zoals palladium met een gouden kern, worden steeds vaker gebruikt in industriële processen. Om die te recyclen, het nieuwe oplosmiddelsysteem - "organische aqua regia" genoemd - zou eerst een combinatie van thionylchloride en DMF kunnen gebruiken om het goud op te lossen, holle palladiumbolletjes achterlatend. Dan zouden de palladiumbolletjes met een andere combinatie opgelost kunnen worden.

Tot dusver, de onderzoekers hebben aangetoond dat het oplosmiddelsysteem selectief goud en palladium kan oplossen uit een mengsel van goud, palladium en platina. Ze hebben het ook gebruikt om goud te verwijderen uit een mengsel van goud en palladium.

Naast recycling, het nieuwe oplosmiddelsysteem zou ook nieuwe manieren kunnen bieden om chemotherapie tegen kanker op nanometerschaal te produceren waarbij deze metalen zijn betrokken. En de nieuwe aanpak met oplosmiddelen kan belangrijke implicaties hebben voor de elektronica-industrie, die edelmetalen gebruikt die vaak moeten worden verwijderd na specifieke verwerkingsstappen. Voorbij selectiviteit, de nieuwe aanpak biedt ook andere voordelen voor de productie van elektronica:er blijft geen potentieel schadelijke verontreiniging achter en de verwerking gebeurt onder milde omstandigheden.

"Bij de productie van halfgeleiders mensen willen voorkomen dat er een metaalkatalysator in apparaten achterblijft, maar in veel gevallen ze kunnen geen gebruik maken van bestaande op water gebaseerde processen omdat deze de halfgeleideroxiden kunnen beschadigen en verontreiniging met vrije ionen in de waterige oplossing kunnen veroorzaken, " legde Wei Lin uit, een afgestudeerde onderzoeksassistent in het laboratorium van Wong. "Gebruik van dit organische systeem vermijdt het probleem van vocht."

Het gebruik van het selectieve proces zou ook de recycling van edele metalen die bij de fabricage van elektronica worden gebruikt, kunnen vergemakkelijken. Draadverlijming, metallisatie- en interconnectieprocessen maken momenteel gebruik van edele metalen.

Edelmetalen vormen ook de basis voor veelgebruikte chemotherapiemiddelen, maar de chemie om ze te synthetiseren omvat een complex proces van oppervlakteactieve stoffen en voorlopers. Wong gelooft dat het nieuwe Georgia Tech-oplosmiddelproces de creatie van nieuwe verbindingen mogelijk maakt die verbeterde therapeutische effecten kunnen bieden.

"We hopen dat dit nieuwe manieren zal openen om deze belangrijke farmaceutische verbindingen te maken, evenals nieuwe katalytische systemen voor goud en palladium, " hij zei.

Lin ontdekte het nieuwe oplosmiddelsysteem per ongeluk in 2007 tijdens het gebruik van thionylchloride in een niet-gerelateerd project waarbij koolstofnanobuisjes aan een goudsubstraat werden gebonden. "Ik liet mijn monster in de oplossing en ging lunchen, " herinnerde hij zich. "Toen kreeg ik een paar telefoontjes en het monster bleef te lang in de oplossing. Toen ik het uit had, het goud was weg."

De onderzoekers waren geïntrigeerd door de ontdekking en zochten een verklaring zoals ze de afgelopen drie jaar tijd hadden. Ze testten andere reagentia gemengd met het thionylchloride, en leerde de verhoudingen die nodig zijn voor het selectief oplossen van palladium en goud. Ze werkten samen met andere onderzoekers van Georgia Tech, waaronder nanotechnologiepionier Zhong Lin Wang, om een ​​fundamenteel begrip van het proces te ontwikkelen - onderzoek dat doorgaat.

De chemicaliën die worden gebruikt door het Georgia Tech-onderzoeksteam zijn bekend in de organische chemie, en worden tegenwoordig gebruikt bij de synthese van polymeren. Naast hun selectiviteit, het nieuwe oplosmiddelsysteem is milieuvriendelijker dan traditionele aqua regia - een combinatie van geconcentreerd salpeterzuur en zoutzuur - en kan onder milde omstandigheden werken. Mogelijke nadelen in vergelijking met traditionele aqua regia zijn hogere kosten en langzamere oplossnelheden.

"We hebben een nieuwe benadering van edele metalen geopend met behulp van organische chemie, Wong voegde eraan toe. "We begrijpen het mechanisme waarmee dit werkt nog niet goed, maar we hopen een vollediger begrip te ontwikkelen dat kan leiden tot aanvullende toepassingen."