稀土元素(REE)是一组17种金属元素，几乎存在于每一项技术中，包括手机、电视、计算机和车辆的几乎所有部件。对这些元素的需求每年都在增加，但供应受到地缘政治的限制，并且是通过不利于环境的做法开采的。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程教授Young-ShinJun和她的团队创建了一个概念验证解决方案：从粉煤灰中提取稀土元素，一种精细的、煤燃烧产生的粉状废物。

“我们希望使用比传统上更有害的工艺更环保的工艺来提取稀土元素，”Jun说。“由于煤炭已经被使用，这个过程最终是减少和修复废物的途径。”

Jun和她以前的博士生YaguangZhu(现在是普林斯顿大学的博士后学者)开发了这种新颖的提取工艺，使用超临界流体(通常用于去除咖啡因)从原本会被丢弃在垃圾填埋场的材料中回收这些急需的稀土元素.超临界流体是一种温度和压力高于其临界点的物质，其性质介于液体和气体之间。美国每年产生超过7900万公吨煤飞灰，Jun的团队报告称，美国每年可从煤飞灰中提取的稀土元素的潜在价值估计超过40亿美元。

他们的工作出现在RSCSustainability中，首次表明常见且可获得的超临界流体(包括二氧化碳、氮气和空气)能够非常有效地提取REE和分离杂质。此外，通过使用粉煤灰的实验，他们发现超临界二氧化碳降低了最终REE产品中的杂质浓度。最终，他们的最终产品含有高达6.47%的稀土元素，而初始煤飞灰来源中的稀土元素含量为0.0234%。

“我们工作的独特之处不仅在于使用超临界CO2，​​而且还表明超临界空气和氮气的温度和压力远低于CO2所需的温度和压力，可以有效地提取稀土元素，”负责环境的Jun说。纳米化学实验室。

“我们可以使用氮气或空气在较低温度和压力下从煤飞灰中提取稀土元素，这意味着能源成本较低。当然，超临界CO2效果最好，但超临界空气或氮气可以做得更好与使用酸和有机溶剂进行REE提取的传统高温沸腾相比。”

Jun团队的提取过程包括两个步骤：首先，粉煤灰中的金属离子，包括稀土元素和杂质，从粉煤灰中浸出并与硝酸反应生成金属硝酸盐;其次，金属硝酸盐与磷酸三丁酯(TBP)反应。他们发现用超临界二氧化碳、氮气或空气中，稀土元素形成了可以从煤飞灰中提取的复合物。

提取后，他们的多级剥离过程收集稀土元素并降低杂质浓度。该过程中使用的硝酸和TBP可以完全回收多次而不牺牲效率，从而最大限度地减少了它们的处置问题。

Jun的方法还省去了原料在极高温度下，即大于500摄氏度的焙烧，以及用强酸和大量有毒有机溶剂提取稀土元素的需要，这些也成为传统提取工艺中的废品.

“超临界流体被认为是一种更环保的溶剂，对环境的侵入性更小，使我们能够直接从固体废物中提取稀土元素，而无需浸出和焙烧原材料，因此我们的新工艺需要更少的能源，同时产生的废物也更少，”俊说。“我们正在寻求一种更环保的工艺，用于关键元素的回收和从以前被认为是废物的材料中回收。”