CCI Phase I: NSF Center for Sustainable Separations of Metals

CCI 第一阶段:NSF 金属可持续分离中心

基本信息

  • 批准号:
    1925708
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 180万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The CCI Phase I: Center for Sustainable Separations of Metals, CSSM, is supported by the Centers for Chemical Innovation Program of the Division of Chemistry. This Phase I Center is led by Eric Schelter of the University of Pennsylvania. Other team members from the University of Pennsylvania include Jessica Anna and Joseph Subotnik. Additional team members include Suzanne Bart of Purdue University, George Schatz and J. Fraser Stoddart of Northwestern University, Jonathan Sessler of the University of Texas at Austin, and Jenifer Shafer of the Colorado School of Mines. Metal-containing consumer products are many and include, for example, cell phones that incorporate more than 20 different metals, some of which are in critical or near-critical supply. The goal of CSSM is to design and develop new, fundamental chemical reactions to diversify metal separation science and technologies that enable greater than 99% recycling of post-consumer products and processes at comparable or lower costs than current market prices. CSSM develops new processes to remove, separate and recover each of these metals by designing and developing new synthetic and redox reactions, computational chemistry and theory, and molecular recognition methods. The scientific broader impacts include reduced waste (pollution) and energy consumption and increased national security (by recycling rather than importing). A "Sustainability Ambassadors" program will be established that involves undergraduates and graduate students. The Sustainability Ambassadors are directly involved in research activities while also receiving professional development and public outreach training. Outreach activities at science museums and festivals, as well on social media platforms are planned. The CCI Phase 1: Center for Sustainable Separations of Metals, CSSM, addresses the sustainable production and recycling of metals used in consumer products (e.g., cell phones, laptops, batteries, etc.). Such consumer projects include rare earth elements, precious metals (gold, platinum, and palladium), and other elements in critical or near-critical supply. In addition to being in low natural abundance, such elements often create significant environmental harm either during their mining, purification, separation from consumer goods, and landfilling. The central hypothesis for this project is that new fundamental chemistry applied to separations will enable new and varied modes of metal separations, especially tailored for recycling. New synthetic-, redox-, computational chemistry and theory will be developed to accomplish metal partitioning through electro-kinetic processes. Quantum chemical models and underlying theory, will be developed to study and predict heterogeneous electron transfer rates, including the impact of magnetic fields. Redox active ligands coordinated to metal cations in mixtures will enable predictive and selective metal partitioning through kinetic means. Additionally, new systems will be synthesized that show molecular recognition for metal complexes and ion pairs for selective separations. Tailored recognition of metal complexes and ion pairs by non-covalent interactions will be leveraged to enable green and efficient separations of precious metals, lithium, and rare earth elements using selective precipitation or chromatography. This center will contribute new knowledge in metals separations chemistry that confers benefits in terms of reduced waste and energy consumption, and relief from unsustainable metal supply chains.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
CCI第一阶段:中心可持续分离的金属,CSSM,是由中心的化学创新计划的化学部的支持。这个第一阶段的中心是由宾夕法尼亚大学的埃里克Schelter领导。来自宾夕法尼亚大学的其他团队成员包括杰西卡安娜和约瑟夫苏博特尼克。其他团队成员包括普渡大学的苏珊娜·巴特、西北大学的乔治·沙茨和J·弗雷泽·斯托达特、德克萨斯大学奥斯汀分校的乔纳森·塞斯勒和科罗拉多矿业学院的詹妮弗·谢弗。含金属的消费品很多,例如,包括含有20多种不同金属的手机,其中一些处于临界或近临界供应状态。 CSSM的目标是设计和开发新的基本化学反应,使金属分离科学和技术多样化,使消费后产品和工艺的回收率超过99%,成本与当前市场价格相当或更低。CSSM通过设计和开发新的合成和氧化还原反应、计算化学和理论以及分子识别方法,开发了去除、分离和回收这些金属的新工艺。科学上更广泛的影响包括减少废物(污染)和能源消耗以及增强国家安全(通过回收而不是进口)。将设立一个由本科生和研究生参加的“可持续发展大使”计划。可持续发展大使直接参与研究活动,同时也接受专业发展和公共宣传培训。计划在科学博物馆和科学节以及社交媒体平台上开展外联活动。CCI第一阶段:可持续金属分离中心(CSSM)致力于消费品中使用的金属的可持续生产和回收(例如,蜂窝电话、膝上型计算机、电池等)。 这些消费项目包括稀土元素、贵金属(金、铂和钯)以及其他关键或近关键供应的元素。 除了天然丰度低之外,这些元素在开采、提纯、从消费品中分离和填埋过程中往往会对环境造成重大危害。 该项目的中心假设是,应用于分离的新基础化学将使新的和不同的金属分离模式成为可能,特别是针对回收利用。新的合成-,氧化还原-,计算化学和理论将被开发,以实现通过电动过程的金属分配。将开发量子化学模型和基础理论,以研究和预测异质电子转移速率,包括磁场的影响。与混合物中的金属阳离子配位的氧化还原活性配体将通过动力学手段实现预测性和选择性的金属分配。此外,将合成新的系统,显示分子识别金属络合物和离子对的选择性分离。通过非共价相互作用对金属络合物和离子对的定制识别将被利用,以使得能够使用选择性沉淀或色谱法来实现贵金属、锂和稀土元素的绿色和高效分离。该中心将贡献金属分离化学方面的新知识,在减少废物和能源消耗方面带来好处,并从不可持续的金属供应链中解脱出来。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Late to the Party: Synthesis and Characterization of Tellurium and Selenium Half-Sandwich Complexes
迟到的聚会:碲和硒半三明治配合物的合成和表征
  • DOI:
    10.1021/acs.organomet.1c00546
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Kieser, Jerod M.;Jones, Leighton O.;Uible, Madeleine C.;Zeller, Matthias;Schatz, George C.;Bart, Suzanne C.
  • 通讯作者:
    Bart, Suzanne C.
Measuring Nd(III) Solution Concentration in the Presence of Interfering Er(III) and Cu(II) Ions: A Partial Least Squares Analysis of Ultraviolet–Visible Spectra
在存在干扰 Er(III) 和 Cu(II) 离子的情况下测量 Nd(III) 溶液浓度:紫外可见光谱的偏最小二乘分析
  • DOI:
    10.1177/00037028211053852
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Tse, Poki;Shafer, Jenifer;Bryan, Samuel A.;Nelson, Gilbert L.;Lines, Amanda M.
  • 通讯作者:
    Lines, Amanda M.
Electrochemical Oxidation and Speciation of Lanthanides in Potassium Carbonate Solution
碳酸钾溶液中镧系元素的电化学氧化和形态形成
  • DOI:
    10.1149/1945-7111/ac6704
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Tse, Poki;Bessen, Nathan P.;Galley, Shane S.;Bryan, Samuel A.;Lines, Amanda M.;Shafer, Jenifer
  • 通讯作者:
    Shafer, Jenifer
Precious metal recovery from electronic waste by a porous porphyrin polymer
Supramolecular Gold Stripping from Activated Carbon Using α-Cyclodextrin
  • DOI:
    10.1021/jacs.0c11769
  • 发表时间:
    2021-02-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Liu, Wenqi;Jones, Leighton O.;Stoddart, J. Fraser
  • 通讯作者:
    Stoddart, J. Fraser
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知道了