Riassunto analitico
Nel corso degli ultimi due secoli l'evoluzione dell'attività industriale ha generato diversi problemi come l’aumento non più 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 è cresciuta 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 è costituito 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 è rafforzato 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 è riconosciuto come uno dei metodi più 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 è lo 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 è deciso 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) è emerso come la miglior zeolite sintetica per lo scambio ionico con terre rare sia la Linde Type L (LTL framework type), che è stata quindi scelta come zeolite di riferimento. La L è una zeolite di potassio ed è stata 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.
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