希土類元素を有害化学物質なしで精製する新手法を開発(Researchers discover cleaner route to purifying rare earth elements)

2026-08-10 シカゴ大学(UChicago)

米シカゴ大学、ノースウェスタン大学、アルゴンヌ国立研究所の研究チームは、希土類元素を有機溶媒や大量の有害化学薬品を使わずに分離・精製する新手法を開発した。鍵となるのは、層状マンガン酸化物に設けた原子レベルの狭いイオンチャネルで、水和した希土類イオンのわずかなサイズ差を利用して選択的に取り込む。さらに電流とマグネシウムイオンを加えてチャネル幅を固定する「ピンニング」により、性質が極めて似た元素間の分離性能を向上させた。例えばネオジムとランタンの濃縮差は1.6倍から5.4倍に拡大し、2回の精製でネオジム純度97%を達成した。量産化にはなお課題があるが、水と電気を利用する環境負荷の低い希土類精製技術として、資源循環や国内加工体制の構築に貢献する可能性がある。

<関連情報>

希土類元素分離のためのオングストロームサイズの固体イオンチャネルの固定 Pinning ångström-size solid ionic channels for rare-earth element separation

Siqi Zou,Jiadong Liu,Woo Cheol Jeon,Maoyu Wang,Ronghui Wu,Yu Han,Gangbin Yan,Grant T. Hill,Xiaolin Yue,Hua Zhou,George C. Schatz & Chong Liu
Nature Chemical Engineering  Published:21 July 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s44286-026-00418-8

extended data figure 1

Abstract

High-purity rare-earth elements are essential for modern technologies, yet current solvent extraction processes are energy-intensive and environmentally harmful because of inadequate selectivity and ligand toxicity. Although combining size exclusion and binding affinity can improve lanthanide separation, the role of long-range confinement remains underexplored. Here we report lanthanide separation in aqueous systems using extremely confined manganese oxide solid ionic channels with optimized layer spacing. Different lanthanides induce distinct solid-state phase transformations in manganese oxide, creating a strong driving force for separation. Two lanthanide groups, differing by ~1.4 Å in spacing, were identified and confirmed to be stable by density functional theory. The narrower confinement of heavier Group II lanthanides improves cross-group separation by increasing the dehydration barrier for lighter Group I lanthanides without inducing strong binding. We further developed a strategy to pin the confinement dimensions and enhance same-group separation, increasing enrichment factors for La–Nd and La–Pr pairs from 1.6 ± 0.1 and 1.5 ± 0.1 to 5.4 ± 0.1 and 4.2 ± 0.1, respectively.

0505化学装置及び設備
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