賓州州立大學的研究人員開發了一種植物基材料，能夠選擇性地回收鑭元素（dysprosium），這是一種關鍵的稀土元素，廣泛用於半導體、電動馬達和發電機。該團隊對纖維素進行了改良，使其能夠以更清潔且潛在可擴展的方式，從其他類似的稀土金屬中分離出鑭元素。稀土元素對現代電子產品、磁鐵和能源系統至關重要，但從中分離它們一直是個難題，且經常對環境造成損害。目前的商業流程主要依賴化學溶劑和耗能的系統。根據研究人員的說法，他們的纖維素基方法可能提供了一種更簡單、更環保的替代方案。
該項研究的重點是鑭元素，這是一種重稀土元素，用於提高磁鐵的耐熱性並穩定核控制棒。隨著科技的進步，對鑭元素的需求正在急劇上升。一些預測估計，未來25年內對這種材料的需求可能會激增超過 2,500%。化學工程副教授 Amir Sheikhi 表示，研究團隊之前曾使用纖維素基化合物從電子廢物中回收釹元素（neodymium），此次他們專注於鑭元素，旨在更高效地將重稀土元素與輕稀土元素進行分離。
為了實現這一目標，研究人員在分子層面上改變了纖維素。他們創造了一種納米級的結晶材料，長約 100 納米，被稱為陰離子毛狀纖維素納米晶體。這些顆粒表面覆蓋著微小的鏈狀結構，能與溶液中的金屬離子相互作用。當將該材料添加到含有釹元素和鑭元素的水相混合物中時，它能夠通過吸附選擇性捕獲鑭元素。研究人員發現，改良的纖維素鏈在鑭元素存在的情況下反應不同，有效地將其從混合物中隔離出來。
由於這些金屬的化學結構非常相似，分離稀土元素一直非常困難。Sheikhi 表示，我們一直在尋找一種可靠的方法，將重元素如鑭元素與輕元素如釹元素進行分離，同時避免當前分離方法帶來的負面環境影響。團隊表示，這一結果是意外的。不是僅僅化學基團的類型驅動選擇性，而是這些基團在納米纖維素上的結構和位置起了主要作用。Sheikhi 說，據我所知，這是首個能夠選擇性過濾重稀土元素和輕稀土元素的纖維素基吸附劑的實例。此外，我們的過程非常簡單和高效，只需將納米纖維素添加到溶液中，即可分離金屬。
傳統的稀土分離設施通常需要大型工業設置和大量的化學處理。研究人員認為，他們的方法減少了化學物質的使用，若能擴大規模，將有助於降低環境影響。團隊計劃進一步改進材料，並測試其隔離其他稀土元素的能力。未來的工作將專注於為潛在的工業應用擴大這一過程並提高回收效率。如果成功，這一方法將有助於支持回收工作，並減少對進口稀土材料的依賴，特別是在電動汽車和可再生能源技術需求增長的背景下。該研究已發表於《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊。
