美国佐治亚理工学院ES&T：离子液体既作萃取剂又作电解质，实现煤粉煤灰中稀土元素电化学回收

背景：稀土元素是高技术产业和清洁能源的关键资源，但传统开采分离过程高能耗且污染重。煤粉煤灰作为燃煤固体废弃物，富集稀土元素，是潜在的非常规资源，但其复杂组成导致高效提取与选择性分离困难。研究目的：开发一种绿色、高效的稀土回收工艺，实现从煤粉煤灰中选择性回收稀土元素。方法上，采用双功能甜菜碱双三氟甲磺酰亚胺离子液体（[Hbet][Tf2N]），同时作为萃取剂和电解质。首先通过浸出选择性萃取稀土，随后在三电极体系中通过恒电位电化学沉积回收。结论：该工艺通过电位调控可实现稀土选择性分离。在−0.5 V电位下可优先回收钕，回收率约25%，分离因子达37；电位更负（如−2.0 V）可提高总回收率（钕超48%），但选择性下降。离子液体可再生循环使用，经7步沉积和再生后溶剂成本降低约86%。该工艺避免了传统强酸使用，更环保，但存在离子液体黏度高导致库仑效率低（不足2%）和能耗较高（57.6 kWh/kg Nd）的短板，属于概念验证。研究为从粉煤灰等二次资源中可持续回收稀土提供了新思路。