Scambio cationico della zeolite L finalizzato alla separazione delle terre rare

Nel corso degli ultimi due secoli l'evoluzione dell'attività  industriale ha generato diversi problemi come l'aumento non pi๠sostenibile dei consumi, l'accumulo di inquinanti nell'ambiente e il manifestarsi dei previsti cambiamenti climatici. Parallelamente, questa evoluzione ha consentito lo sviluppo di nuove tecnologie per affrontare i problemi creati. La maggior parte dei processi di trasformazione e produzione attuali implicano un uso eccessivo di materie prime e quindi un deficit di risorse, come nel caso delle terre rare (REE) e dei metalli preziosi. Nel corso del tempo, la richiesta di questi materiali ਠcresciuta in modo esponenziale e, di conseguenza, le scorte tradizionali si stanno esaurendo. A differenza degli idrocarburi, non esistono alternative bio-derivate per questi elementi e la loro dispersione nell'ambiente rende il loro recupero difficile e costoso. Come definito da DAMHUS et al. (2005), il gruppo delle terre rare ਠcostituito da diciassette elementi chimici, precisamente il gruppo dei lantanoidi insieme a scandio e ittrio e risultano di grande importanza in diversi settori produttivi e tecnologici grazie alle loro proprietà  fisiche, chimiche, elettriche, metallurgiche, magnetiche, ottiche e catalitiche. Attualmente Cina, Stati Uniti e Australia sono i principali produttori di REE, con la Cina che rappresenta il 90% della produzione mondiale. A causa della loro non biodegradabilità , questi elementi risultano difficili da eliminare dall'ambiente e l'impatto ambientale ਠrafforzato dal loro accumulo nella catena alimentare. Attualmente le terre rare non vengono riciclate, sebbene, a causa dell'importanza critica che rivestono nei prodotti high-tech e a causa della loro crescente domanda, siano stati effettuati studi sulla loro purificazione e pre-concentrazione. Esistono diversi metodi per separare, pre-concentrare e purificare questi elementi, tra cui l'estrazione mediante solventi, la precipitazione chimica e lo scambio ionico. L'adsorbimento ਠriconosciuto come uno dei metodi pi๠comuni per la sua semplicità , alta efficienza e ampia gamma di sostanze adsorbenti disponibili. Le zeoliti, ampiamente studiate ed utilizzate per la loro capacità  di scambio ionico, potrebbero essere applicate per la separazione e il recupero di terre rare. Le zeoliti sono alluminosilicati con strutture microporose nei cui frameworks di tetraedri SiO4 e AlO4 la sostituzione di Si4+ con Al3+ produce una carica negativa. Questa carica negativa viene bilanciata da cationi scambiabili, generalmente rappresentati da sodio, potassio e calcio. La capacità  di scambio ionico delle zeoliti consente loro di incorporare diversi cationi da soluzioni concentrate. L'obiettivo finale di questo progetto ਠlo sviluppo di una tecnica ecocompatibile per il trattamento delle acque reflue contenenti REE, con una prospettiva economica circolare, in modo tale che questi elementi possano essere recuperati e riutilizzati nel ciclo produttivo. Il lavoro di tesi riguarda la fase iniziale di tale ricerca e ha investigato la capacità  di scambio ionico della zeolite sintetica Linde Type L con diversi cationi. Per questo studio infatti si ਠdeciso di utilizzare una zeolite sintetica per avere un maggior controllo sull'esperimento e un numero limitato di variabili, cosa non possibile con l'utilizzo di zeolititi naturali, a causa della presenza di molte fasi non zeolitiche presenti fino al 40%. Nel lavoro di DUPLOUY (2016) ਠemerso come la miglior zeolite sintetica per lo scambio ionico con terre rare sia la Linde Type L (LTL framework type), che ਠstata quindi scelta come zeolite di riferimento. La L ਠuna zeolite di potassio ed ਠstata scambiata con sodio e calcio per verificare la sua capacità  di scambio ionico e per stabilire, successivamente, una possibile selettività  delle REE per una delle tre fasi cationiche ottenute.