Metallorganische Gerüste auf Molekularebene – MOFs – könnten bei der Suche nach neuen Quellen für kritische Mineralien helfen.
Ein Forscherteam der Sandia National Laboratories in den USA arbeitet an einer einfacheren und grüneren Methode zur Trennung von Seltenen Erden – mit synthetisch hergestellten molekularen „Schwämmen“. Seltene Erden, eine Gruppe von 17 Elementen mit jeweils unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, sind Schlüsselkomponenten für viele High-Tech-Anwendungen. Sie lassen sich jedoch nur schwer voneinander trennen, denn dies erfordert viele aufwendige Schritte. Obwohl die Rohstoffe entgegen ihres Namens nicht selten auf der Erde vorkommen, sind die nachgelagerte Verarbeitung und Trennung geografisch stark konzentriert und seit Jahrzehnten von China dominiert.
In den letzten drei Jahren haben die Wissenschaftler der Sandia National Laboratories verschiedene Ansätze zur Abtrennung Seltener Erden in wasserbasierten Mischungen untersucht. Das Team nutzte dabei modifizierte Moleküle mit der technischen Bezeichnung MOFs (von englisch: metal-organic frameworks, übersetzt: metallorganische Gerüstverbindungen). Diese künstlich hergestellten Miniatur-„Schwämme“ bestehen aus austauschbaren Metallnaben und Stäben auf Kohlenstoffbasis, an die sich Metallionen binden können. Konkret wurden in der Forschungsarbeit MOFs auf Zirkonium- und Chrombasis genutzt, um Wege zu finden, einzelne Seltene Erden selektiv herauszufiltern. Resultat war, dass eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung der MOFs deren Selektivität für verschiedene Metalle verbessern kann. Experimente zeigten, dass bestimmte chemische Gruppen die Metallabsorption verbesserten, während Computersimulationen und Röntgenspektroskopie diese Wechselwirkungen genauer untersuchten. Während einige Ansätze letztlich erfolglos blieben, erzielte das Team nach eigenen Angaben in anderen Bereichen vielversprechende Fortschritte. Nun hoffen die Forscher, dass ihre Arbeit neue Möglichkeiten eröffnen könnte, um MOFs zur einfachen, effizienten und sauberen Trennung Seltener Erden zu entwickeln.
Mehr über Schwämme in der Materialwissenschaft: Forscher der Northwestern University in Evanston, Illinois, haben tatsächliche und mit Nanopartikeln beschichtete Schwämme eingesetzt, um toxische Metalle wie Blei aus verschmutztem Wasser zu entfernen, so dass Trinkwasser zurückbleibt. Das Team hofft, die Ergebnisse in Zukunft auch zur Rückgewinnung kritischer Mineralien nutzten zu können.
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