Chelator‐Assisted Precipitation‐Based Separation of the Rare Earth Elements Neodymium and Dysprosium from Aqueous Solutions

水溶液 化学 降水 螯合作用 稀土 无机化学 材料科学 物理化学 矿物学 光学 物理 气象学 激光器
作者
Yangyang Gao,Gerra L. Licup,Nicholas P. Bigham,David C. Cantu,Justin J. Wilson
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:2
标识
DOI:10.1002/anie.202410233
摘要

Abstract The rare earth elements (REEs) are critical resources for many clean energy technologies, but are difficult to obtain in their elementally pure forms because of their nearly identical chemical properties. Here, an analogue of macropa, G‐macropa, was synthesized and employed for an aqueous precipitation‐based separation of Nd 3+ and Dy 3+ . G‐macropa maintains the same thermodynamic preference for the large REEs as macropa, but shows smaller thermodynamic stability constants. Molecular dynamics studies demonstrate that the binding affinity differences of these chelators for Nd 3+ and Dy 3+ is a consequence of the presence or absence of an inner‐sphere water molecule, which alters the donor strength of the macrocyclic ethers. Leveraging the small REE affinity of G‐macropa, we demonstrate that within aqueous solutions of Nd 3+ , Dy 3+ , and G‐macropa, the addition of HCO 3 − selectively precipitates Dy 2 (CO 3 ) 3 , leaving the Nd 3+ −G‐macropa complex in solution. With this method, remarkably high separation factors of 841 and 741 are achieved for 50 : 50 and 75 : 25 mixtures. Further studies involving Nd 3+ :Dy 3+ ratios of 95 : 5 in authentic magnet waste also afford an efficient separation as well. Lastly, G‐macropa is recovered via crystallization with HCl and used for subsequent extractions, demonstrating its good recyclability.
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