Résumé :
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont développé une nouvelle molécule d'extraction qui peut être pilotée directement par l'électricité pour récupérer les métaux précieux des déchets électroniques, de la logistique minière et des déchets industriels, et réduire considérablement la dépendance des processus traditionnels aux réactifs chimiques. Cette recherche pourrait rendre le processus de recyclage des métaux plus propre, plus simple et plus économe en énergie.
Ce résultat de recherche, dirigé par Su Xiao, professeur de génie chimique et biomoléculaire à l'école, a été publié dans « ACS Energy Letters ». L’équipe de recherche avait précédemment proposé une technologie d’extraction liquide-liquide continue à médiation électrochimique, e-LLE, en 2024 pour récupérer l’or des déchets électroniques. La technologie démontre que l’électricité peut remplacer les grandes quantités d’acides et de bases généralement nécessaires à l’extraction liquide-liquide. L’extraction liquide-liquide est une technique largement utilisée pour séparer et purifier les métaux, mais les systèmes de l’époque nécessitaient encore des réactifs chimiques supplémentaires pour compléter l’ensemble du cycle d’extraction.
Cette fois, les chercheurs ont éliminé cette étape chimique restante en modifiant la molécule d'extraction elle-même. Ils ont conçu une molécule multifonctionnelle qui lie sélectivement les ions métalliques, possède une charge permanente et est stable dans la phase organique utilisée pour l’extraction. Étant donné que la molécule porte sa propre charge électrique, les chercheurs peuvent contrôler sa réaction directement avec l’électricité, éliminant ainsi le besoin de réactifs chimiques intermédiaires qui étaient auparavant nécessaires.
La charge permanente intégrée à la nouvelle molécule agit comme un électrolyte, rendant le liquide conducteur, a déclaré la chercheuse postdoctorale Deborah Schmidt, co-auteur de l'article. Par conséquent, les réactions redox peuvent être provoquées par l’électricité plutôt que par des produits chimiques. Elle note que ces travaux permettent l’électrification complète d’un processus de séparation industriel qui repose fortement sur des réactifs chimiques.
Su Xiao a déclaré : "C'est la première fois que nous effectuons une extraction par solvant électrochimique de la manière que nous avions imaginée. Nous chargeons la molécule, elle lie le métal et l'amène dans la phase organique, puis libère le métal par l'électricité."
En pilotant le processus directement à l'électricité, la consommation de produits chimiques peut être réduite d'un à deux ordres de grandeur, tandis que le cycle d'extraction est également simplifié. Remplacer les réactifs intermédiaires par de l’électricité pourrait théoriquement réduire à la fois les déchets chimiques et la consommation d’énergie.
Lors de tests en laboratoire, les chercheurs ont utilisé la molécule pour récupérer sélectivement l'or du lixiviat des déchets électroniques. Le soi-disant lixiviat est une solution formée par la dissolution de métaux précieux dans les déchets de produits électroniques. L'or est la première démonstration de cette recherche, mais l'objectif plus large de l'équipe est d'établir un ensemble de principes de conception moléculaire pour développer des extractants électroactifs pour d'autres défis de séparation.
Adryjek Aguda, co-auteur de l'article et étudiant diplômé, a déclaré que ce système peut être adapté à la récupération sélective d'une variété de métaux de grande valeur, tels que la récupération des métaux du groupe du platine à partir d'autocatalyseurs usés et la récupération de plusieurs éléments clés à partir de résidus ou d'autres matières premières complexes. Étant donné que la plate-forme électrochimique elle-même reste essentiellement inchangée, les chercheurs peuvent ajuster la structure chimique de l'extractant pour cibler différents métaux en fonction des différents besoins des applications.
Su Xiao a déclaré que cette recherche ouvre une voie fondamentale pour comprendre et concevoir de tels systèmes. Dans la prochaine étape, l'équipe se concentrera sur la promotion du développement de cette technologie vers des applications à l'échelle industrielle, tout en continuant à développer davantage de solutions de conception moléculaire et en recherchant une coopération en matière de modélisation informatique et d'intelligence artificielle pour accélérer le criblage et la découverte de nouveaux agents d'extraction.
Su Xiao a déclaré qu'à mesure que les questions critiques liées aux ressources minérales et à la chaîne d'approvisionnement reçoivent une attention croissante, cette réalisation montre que l'électrochimie a le potentiel de fournir une technologie de séparation évolutive et produisant peu de déchets et d'inciter les gens à repenser la façon de recycler les métaux d'une manière plus propre et entièrement électrifiée.
Le document de recherche s'intitule « Électrification directe de l'extraction liquide-liquide en transmettant des charges fixes à des composés actifs sélectifs redox » et a été publié dans « ACS Energy Letters » le 7 juillet 2026. Le DOI est 10.1021/acsenergylett.6c01434. La recherche a été financée par la Division des sciences fondamentales de l’énergie et le programme des sciences de la séparation du Bureau des sciences du Département américain de l’énergie, numéro de projet DE-SC0025636.
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