金属回收对于保护我们有限的矿产资源和促进可持续发展至关重要。与开采天然矿石不同，金属回收具有诸多优势，例如减少土壤污染、降低能源消耗和防止资源枯竭。2022年12月，HORIBA有幸采访了北海道大学工学部上田美纪人教授。上田教授的研究重点是利用离子液体在较低温度下进行金属电解提纯，旨在提高金属回收过程的能源效率。
北海道大学工学部上田美纪人教授使用 HORIBA XGT-9000。
金属回收对于保护我们有限的矿产资源和促进可持续发展至关重要。与开采天然矿石不同，金属回收具有诸多优势，例如减少土壤污染、降低能源消耗和防止资源枯竭。2022年12月，HORIBA有幸采访了北海道大学工学部上田美纪人教授。上田教授的研究重点是利用离子液体在较低温度下进行金属电解提纯，旨在提高金属回收过程的能源效率。
北海道大学工学部上田美纪人教授使用 HORIBA XGT-9000。
上田教授解释说，他的研究基于电化学，特别是使用非水溶液作为电解质。与传统的水溶液不同，在非水溶液中可以电沉积在水溶液中无法获得的金属。他的团队主要致力于使用离子液体进行铝的电镀和电解精炼回收。
通常，铝电解精炼是在超过1000°C的温度下，使用无机离子液体（熔盐）进行的。该过程消耗大量电力，并对环境造成显著影响。此外，如此高的温度限制了电解槽材料的选择，只能使用砖块或石英等昂贵的材料。上田教授的团队致力于在较低温度下实现相同的提纯过程，从而可以使用更常见的材料，例如派热克斯玻璃或聚四氟乙烯，并简化工业流程。
他们的研究成功地利用离子液体在约150°C甚至室温下实现了铝的电沉积。这一突破使得在导电塑料表面镀铝成为可能，从而生产出轻质且外观与铝相似的产品。虽然低温工艺在产量方面效率较低，但它能显著节省能源并减少对环境的影响。
对含有机物的离子液体的研究始于20世纪70年代，许多研究人员探索了它们的应用。70年代末，有机离子液体开始被用于铝电沉积。在上田教授的实验室里，他们使用氯化铝和1-乙基-3-甲基咪唑氯化物的混合物。有趣的是，这些固体粉末在室温下混合后无需加热即可变成液体。
他的团队已将离子液体应用于电沉积，不仅用于纯铝，还用于铝合金。他们利用各种金属氯化物添加剂，成功制备了铝铬合金、铝镍合金和铝钨合金。
他们的技术也应用于铝回收领域。低纯度的再生铝含有杂质，用途有限。上田教授的团队致力于利用其团队开发的离子液体电解技术来提纯再生铝，使其适用于更广泛的应用。鉴于铝进口面临的挑战以及对高纯度再生材料日益增长的需求，这项研究尤为重要。
上田教授在 2019 年的一次会议上发现了 HORIBA 的微型 XRF，型号为XGT-9000。为了寻求比以往方法更全面的元素分布可视化，他发现 XGT-9000 非常适合在电解精炼前后可视化整个电极表面。
XGT-9000的元素映射功能可以揭示电极表面的元素分布，为溶解和沉积过程的研究提供宝贵的信息。与分析区域有限的SEM-EDX不同，XGT-9000可以扫描整个表面，显著提升了其研究能力。
除了铝电沉积研究外，上田教授的团队还致力于从废旧钠硫二次电池中生产高纯度钠。他们目前的目标是进一步提纯这种高纯度钠，以生产用于钠熔剂法生长氮化镓晶体的钠。氮化镓是一种很有前景的功率半导体材料，具有减少二氧化碳排放的潜力。生产低缺陷密度的氮化镓晶体需要高纯度钠。
研究团队已成功去除钠中痕量的钙、钾和其他金属杂质，并正着手攻克下一个难题：去除钠中痕量的氧。上田教授与HORIBA公司合作，发现了检测钠中低浓度氧的最佳条件。HORIBA公司的EMGA-820*氧氮分析仪以及专用的钠样品处理容器，使得在不暴露于空气的情况下，能够精确分析钠中的氧含量。
*该产品已停产，其功能已整合到新型号EMGA-Expert中。
上田美纪人教授，使用 HORIBA EMGA-820。
虽然含有有机化合物的离子液体可以在室温下操作，但与无机离子液体相比，它们也存在成本更高、电导率更低等缺点。上田教授的团队正在继续探索各种离子液体和添加剂，以优化其针对不同金属的电解提纯技术。
该团队目前的研究方向是利用离子液体生产高纯度钠。这种低温工艺能够在节能的同时生产高纯度钠，并且该技术还有助于高质量氮化镓晶体的生长。上田教授的创新研究有望在未来实现更高效、更环保的金属回收工艺。
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