Tim Peneliti AS Kembangkan Material Spons untuk Menangkap Elemen Tanah Jarang dari Limbah Industri

Peneliti di Amerika Serikat telah mengembangkan material berbentuk spons untuk menangkap elemen tanah jarang dari limbah industri. Tim dari universitas di Swiss tidak hanya melihat limbah sebagai sesuatu yang perlu diolah, tetapi juga sebagai sumber daya yang dapat digunakan untuk mendaur ulang material berharga. Inovasi ini berpotensi membuka kemungkinan untuk mendaur ulang mineral-mineral kunci yang terbatas di berbagai daerah. Profesor Karl F. Hassmann dari Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan di universitas Swiss dan penulis korespondensi penelitian ini, Li Qilin, menyatakan, "Kita dapat mulai melihat limbah industri sebagai sumber yang mengandung material berharga yang dapat didaur ulang, bukan hanya sesuatu yang perlu diolah."

Teknologi Kerangka Organik Logam

Konsep kimia koordinasi logam terdengar sederhana, tetapi sebenarnya tidak mudah. Selain elemen tanah jarang, limbah industri juga mengandung logam lain, seperti besi, natrium, dan aluminium, dengan konsentrasi yang jauh lebih tinggi. Konsentrasi tinggi ini membuat pemisahan elemen jejak menjadi sulit, sehingga sering mengganggu pemulihan selektif logam langka yang berharga. Untuk mengatasi tantangan ini, para peneliti memanfaatkan prinsip-prinsip kimia koordinasi untuk membangun membran yang sangat berpori. Metode ini menggunakan kerangka organik logam (MOFs), yaitu material spons berpori tinggi yang terbentuk dengan menghubungkan atom logam dengan molekul organik.

Para ilmuwan kemudian melakukan modifikasi kimia pada dinding pori kecil untuk meningkatkan kinerjanya.

Dalam percobaan, MOF yang stabil dalam air dimodifikasi dengan ligan organik, yaitu asam metilendiaminodiasetat (PMIDA). Di dalam pori kecil MOF, PMIDA berfungsi seperti pengait kimia yang kuat mengikat ion tanah jarang yang bermuatan positif. Tim peneliti menggunakan material super berpori ini untuk menguji kemampuan penangkapan tiga logam langka, yaitu neodymium, molybdenum, dan thorium. Pada konsentrasi ligan tertinggi, PMIDA dapat menangkap hingga 160 mg neodymium, 175 mg molybdenum, dan 195 mg thorium per gram material. Kemampuan pemulihan ini setidaknya dua kali lipat dari jumlah yang dilaporkan sebelumnya dengan metode serupa.

Peningkatan jumlah ligan PMIDA meningkatkan kinerja keseluruhan material, dengan mengubah titik pengikatan yang tersedia untuk lebih meningkatkan kinerjanya.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa penambahan ligan tambahan memungkinkan kelompok pengikat untuk berkumpul di sekitar ion tanah jarang tunggal di dalam pori. Pengaturan ini membentuk kompleks yang lebih kuat dan stabil untuk meningkatkan kapasitas dan stabilitas struktur. Profesor Liu menyatakan, "Sangat menarik bahwa kita tidak hanya dapat melihat apakah material menangkap elemen tanah jarang, tetapi juga memahami mengapa hal itu terjadi. Dengan menggabungkan eksperimen dengan simulasi molekuler, kita dapat melihat ke dalam pori dan memahami bagaimana perubahan jumlah ligan mengubah cara ion-ion ini terikat."

Kemampuan Penangkapan Selektif Material

Penemuan penting lainnya adalah bahwa material ini dapat menangkap logam tanah jarang secara selektif dan efisien meskipun ada material yang tidak diinginkan (seperti besi). Laporan penelitian menunjukkan bahwa bahkan ketika konsentrasi besi adalah 100 kali lipat dari elemen tanah jarang, jumlah penyerapan tanah jarang hanya mengalami penurunan sekitar 0,3%. Dalam satu percobaan, jumlah penyerapan tanah jarang hanya sedikit lebih rendah sekitar 0,3% dibandingkan saat tidak ada besi. Selain teknik penangkapan, para peneliti juga memeriksa pelepasan elemen jejak. Dengan perlakuan ringan menggunakan asam klorida encer, elemen jejak dapat dengan mudah diekstraksi, memungkinkan material berharga untuk digunakan kembali.

Ini baru permulaan, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk meningkatkan selektivitas, daya tahan, dan kemampuan regenerasi material dalam proses ekstraksi. Namun, tim tetap optimis terhadap MOFs, karena material ini dapat menyediakan alternatif yang lebih berkelanjutan untuk metode ekstraksi pelarut cair untuk mendaur ulang elemen tanah jarang. Penelitian ini telah dipublikasikan di ACS Applied Materials & Interfaces.

Potensi Material Spons dalam Daur Ulang Ramah Lingkungan

Penelitian ini menunjukkan aplikasi inovatif material berbentuk spons dalam pengolahan limbah industri, terutama dalam pemulihan elemen tanah jarang. Dengan meningkatnya permintaan global terhadap elemen tanah jarang, metode ekstraksi tradisional menghadapi tantangan dampak lingkungan dan pemborosan sumber daya. Material baru ini tidak hanya dapat menangkap elemen tanah jarang secara efektif, tetapi juga mempertahankan efisiensi dalam keberadaan logam lain, menunjukkan potensi dalam aplikasi praktis. Penelitian di masa depan akan lebih meningkatkan kinerjanya untuk memenuhi permintaan daur ulang sumber daya yang semakin mendesak.