基于分子识别逆向微流控的废钕铁硼盐酸浸出液中稀土元素优先分离回收技术

为解决传统溶剂萃取(SX)在浓盐酸体系中稀土(REEs)与铁(Fe)分离效率低的难题，中国科学院研究人员创新性地提出采用18-冠-6(18C6)分子识别逆向微流控萃取(CME)技术，实现了Nd(III)/Dy(III)对Fe(III)的选择性分离（βDy/Fe达12.5），同时保留浓盐酸闭环回用。该研究为稀土资源绿色回收提供了新范式。

　　

在碳中和背景下，钕铁硼(NdFeB)永磁体作为风电、电动汽车的核心材料需求激增，其废料占稀土工业固废的80%以上。然而，传统回收工艺面临严峻挑战：浓盐酸浸出液中稀土(REEs)与铁(Fe³⁺)因相似的氯配位行为和水合能难以分离；常规溶剂萃取(SX)存在FeCl₄^-优先萃取导致稀土损失；而铁沉淀法又造成20-30%稀土共沉淀。更棘手的是，工业界亟需既能选择性提取高价值稀土(Dy>Nd)，又能保留浓盐酸闭环回用的绿色技术。

针对这一瓶颈，北京科技大学研究人员在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果。团队巧妙融合分子识别技术(MRT)与逆向微流控萃取(CME)，利用18-冠-6(18C6)的冠醚空腔尺寸效应，在微米级通道中实现了稀土离子的"锁钥机制"选择性捕获。关键技术包括：构建Y型逆向微流控芯片（通道宽度50-200μm）、分子动力学(MD)模拟界面配位行为、电感耦合等离子体(ICP)监测元素迁移。

分子识别机制解析
通过MD模拟发现，微流控受限空间抑制H₃O⁺扩散，使液-液界面H₃O⁺浓度较体相降低67%，有效阻断FeCl₄^-通过H₃O⁺桥接与18C6配位。而Dy³⁺因水合能(ΔG_hyd=-3254 kJ/mol)低于Nd³⁺(-3472 kJ/mol)，更易脱去水合壳与18C6空腔(直径2.6?)形成稳定复合物。

萃取性能突破
在6 mol/L HCl体系中，CME展现出颠覆性分离效果：萃取顺序逆转为Dy(III)>Nd(III)>Fe(III)，分离因子β_Dy/Fe达12.5，较SX提升8倍。特别值得注意的是，微流控界面Fe(III)萃取率仅2.1%，而体相SX过程高达94%。

工程应用价值
该技术成功保留浓盐酸(回收率>98%)作为循环浸出剂，相比传统工艺减少60%碳足迹。通过200小时连续实验证实，铁积累浓度控制在0.15 g/L以下，满足工业化闭环运行需求。

这项研究开创了分子识别与微化工协同强化的新范式，不仅为稀土资源循环提供关键技术支撑，其揭示的"界面限域质子效应"更为复杂体系分离科学提供了普适性理论工具。未来通过集成多级CME模块与智能传感，有望建成首套万吨级稀土绿色回收示范装置。