近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在二次稀土资源回收方面取得新进展。通过后修饰策略，成功实现磷酸三丁酯(TBP)对沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)的提质改性，从而有效提高真实环境中稀土金属离子的选择性回收。相关研究成果以“Boosted recovery of rare earth elements from mining wastes and discarded NdFeB magnets by tributyl phosphate-grafted ZIF-8”为题于2025年2月发表于美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)。
稀土金属作为清洁能源设备的基础原料，是重要的不可再生资源。从成分复杂的二次稀土资源(如稀土矿山废水和退役NdFeB永磁铁浸出液)中实现绿色、高效和高选择性的稀土金属回收，是构建稀土资源循环利用体系的关键。传统的分离技术，具有选择性差、回收容量低、成本高以及可能引发二次污染等问题，难以有效从稀土矿山废水中实现稀土金属的可持续回收。ZIF-8具有良好的多孔性、水稳定性和可修饰性，具备从废水中回收稀土金属的潜力。但受限于ZIF-8中结合位点易与干扰离子结合，导致分离效率受到限制。本工作通过后修饰策略，将具有选择性结合重稀土金属离子能力的TBP基团引入ZIF-8中，结合ZIF-8的多孔性和TBP基团的选择性结合能力，有效提升了复合材料在回收废水中稀土金属时的抗干扰能力和稳定性。基于实验和理论计算的结果表明，膦酸基团的引入增强了复合材料对于稀土金属离子的结合强度，降低了多种常见杂质离子(如镁镍铝铁等)对于回收过程的干扰。同时TBP基团能保护ZIF-8的框架结构，避免水解，进一步提升复合材料的稳定性。通过ZIF-8与TBP的结合，实现了对于真实矿山废水和废弃NdFeB永磁铁浸出液中稀土金属的高选择性分离回收，并揭示了膦酸基团对于重稀土离子的选择性结合机制，为沸石咪唑酯骨架材料的功能拓展提供了设计方案，为二次稀土资源回收提供了科学依据和技术支撑。
图. ZIF-8-TBP实现高选择性稀土金属回收