基于新型单模底部聚焦微波反应系统的深共晶溶剂高效浸出废荧光粉中稀土金属钇研究

针对传统多模微波反应器能量密度低、稳定性差等问题，中国研究人员开发了单模底部聚焦微波反应系统，结合深共晶溶剂（DES）实现了废荧光粉中钇（Y）的高效绿色回收。该技术将浸出效率提升至95.7%，时间缩短至1.5小时，活化能降低至18.6 kJ/mol，为稀土金属（REMs）可持续回收提供了新方案。

　　

论文解读

稀土金属（REMs）是支撑清洁能源与高科技产业的关键战略资源，其中钇（Y）因在LED荧光粉和激光晶体中的不可替代性，市场需求持续攀升。然而，全球80%以上的稀土供应依赖有限的原矿开采，而废荧光粉等电子废弃物中稀土含量高达23%，远超原生矿。中国每年产生约9.3万吨含稀土废弃物，但回收率不足4%；欧洲则因缺乏经济可行的技术，每年填埋20万吨富稀土荧光粉。传统酸/碱浸出法虽效率高（如5 mol/L HCl浸出Y达99.06%），但强腐蚀性和重金属污染问题突出。深共晶溶剂（DES）作为绿色溶剂虽展现出潜力，但常规多模微波辅助技术存在能量密度低（仅25-30 W/L）、控温难等瓶颈，导致浸出时间长（4小时以上）且能耗高。

针对上述问题，中国的研究团队开发了一种革命性的单模底部聚焦微波反应系统，通过精准作用于固-液界面的高密度微波场（功率密度达900 W/L），结合DES实现了废荧光粉中Y的高效回收。该系统配备原位温度传感器，解决了DES强吸波特性导致的控温难题。研究显示，在优化条件（微波功率20 W、时间1.5小时、液固比8:1、含水量7.5%）下，Y浸出效率达95.7%，较传统方法（52%）显著提升，时间从12小时缩短至1.5小时。非等温动力学分析揭示，微波浸出的活化能（E_a
）仅18.6 kJ/mol，远低于常规浸出的56.7 kJ/mol，表明反应机制从化学控制转向扩散控制。

关键技术方法

1. 单模底部聚焦微波反应系统：采用0-100 W固态微波源与定制反应器，实现能量精准聚焦；
2. 废荧光粉预处理：通过超声剥离环氧树脂涂层、马弗炉热解及机械活化；
3. DES浸出体系：选用氯化胆碱（ChCl）基DES；
4. 原位温度监测：实时追踪70-140°C反应动力学。

研究结果

• 单模微波系统优势：与传统多模系统相比，功率密度提升30倍，重复性更佳；
• 浸出效率优化：DES在1.5小时内实现95.7% Y回收，较常规酸浸节能80%；
• 动力学机制：低E_a
  证实微波降低了反应能垒，促进扩散主导过程。

结论与意义
该研究突破了绿色溶剂与微波技术协同应用的瓶颈，为稀土废弃物回收提供了高效、低能耗的解决方案。单模微波系统的精准控温与高能量密度特性，可推广至其他战略金属回收领域，助力循环经济与碳中和目标。论文发表于《Waste Management》，获中国国家自然科学基金（52364042）和云南省基础研究项目（202501AS070127）支持。