Metal extraction using biocompatible ionic liquid system assisted by machine learning

机器学习辅助下使用生物相容性离子液体系统提取金属

• 批准号: 22KF0286
• 负责人: 後藤 雅宏
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0286/
• 关键词: イオン液体; 計算科学; 溶媒抽出; 金属分離; レアメタル; 金属リサイクル; 機械学習; 分子動力学

レアメタルは現代の最新機器の重要な構成要素であるが、これらレアメタルの採掘可能な資源は限定的である。本研究では、機械学習（ML）を用いて、金属抽出に適したイオン液体（IL）を予測しました。金属選択性や環境毒性など、イオン液体の構造とその特性との間の隠れた関係を解明するために、Random Forestアルゴリズムに基づく分類と回帰モデルを提案しました。クロスバリデーションを用いたMLモデルの評価では、精度スコア（0.82）およびR2値（0.76）に示されるように、モデルの信頼性が高いことが示されました。また、ILの金属選択性はカチオンとアニオンの構造によって決まり、環境毒性レベルは主にカチオンの構造に大きく影響されることが明らかになった。そこで、学習済みモデルの予測に基づき、白金、リチウム、ネオジムに対する抽出選択性があり、かつ環境毒性が低いILを、当初提案した150種類のIL構造から3つ選びました。そして、実験室でその3つのILを合成し、標準的な溶媒抽出実験でその性能を評価しました。予測モデルから得られたPt選択性のIL、Nd選択性のILおよびLi選択性のILについて合成し、液液抽出試験によりその金属選択性を実験的に検証した結果、各イオン液体はモデルが提示したとおりのレアメタル選択性を示した。イオン液体の分子構造から金属選択性と毒性を推算する高精度スクリーニングの開発を達成できた。この実験から、MLから推奨されたILは、高い抽出効率（80％以上）でそれぞれのターゲット金属を選択的に抽出できることが示され、金属抽出のイノベーションを加速する有望な解析キットとしてMLの実現可能性が示されました。

レ ア メ タ ル は modern の latest machine の important な elements で あ る が, こ れ ら レ ア メ タ ル の mining may な は resources limited で あ る. In this study, で た and machine learning (ML) を were used to extract に suitable <s:1> た and <s:1> <s:1> liquid (IL) by extracting metal. Youdaoplaceholder5 was used to pre-measure ま and た. Metal sentaku や environmental toxicity な ど, イ オ ン liquid の tectonic と そ の features と の between government の れ た masato is を interpret す る た め に, the Random Forest ア ル ゴ リ ズ ム に base づ く classification と back 帰 モ デ ル を proposal し ま し た. ク ロ ス バ リ デ ー シ ョ ン を with い た ML モ デ ル の review 価 で は, precision ス コ ア (0.82) お よ び R2 nt (0.76) に shown さ れ る よ う に, モ デ ル の letter 頼 が high い こ と が shown さ れ ま し た. ま た, IL の metal sentaku は カ チ オ ン と ア ニ オ ン の tectonic に よ っ て definitely ま り, environmental toxicity レ ベ ル は main に カ チ オ ン の tectonic に big き く influence さ れ る こ と が Ming ら か に な っ た. そ こ で, learning 済 み モ デ ル の be に base on づ き, platinum, リ チ ウ ム, ネ オ ジ ム に す seaborne る spare sentaku sex が あ り, か つ environmental toxicity が low い IL を, original proposal し た 150 kinds の IL structure か ら 3 つ choose び ま し た. そ し て, be 験 chamber で そ の 3 つ の IL を synthetic し, standard な solvent extraction be 験 で そ の を performance evaluation 価 し ま し た. Be モ デ ル か ら have ら れ た Pt sentaku の IL, Nd sentaku sex の IL お よ び Li sentaku sex の IL に つ い て synthetic し, liquid-liquid extraction test に よ り そ の metal sentaku sex を be 験 of に 検 card し た results, various イ オ ン liquid は モ デ ル が prompt し た と お り の レ ア メ タ ル sentaku sex を shown し た. イ オ ン liquid molecular structure の か ら metal sentaku と toxicity を calculated す る high-precision ス ク リ ー ニ ン グ の open 発 を reached で き た. こ の be 験 か ら, ML か ら push prize さ れ た IL は could promote behavior rate (80%), high い spare で そ れ ぞ れ の タ ー ゲ ッ ト metal を sentaku に drew で き る こ と が shown さ れ, metal spare の イ ノ ベ ー シ ョ ン を accelerate す る could な parsing キ ッ ト と し て ML の possibility be presently が shown さ れ ま し た.

项目成果

DFT-Based investigation of Amic-Acid extractants and their application to the recovery of Ni and Co from spent automotive Lithium-Ion batteries

• DOI: 10.1016/j.seppur.2021.119898
• 发表时间: 2021-10-11
• 期刊: SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
• 影响因子: 8.6
• 作者: Hanada, Takafumi;Seo, Kosuke;Goto, Masahiro
• 通讯作者: Goto, Masahiro

Ionic Liquids Curated by Machine Learning for Metal Extraction

• DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c03480
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering
• 作者: A. Fajar;A. D. Hartono;Rahman Md Moshikur;M. Goto

Machine Learning to Guide Selective Solvent Extraction of Critical Metals

机器学习指导关键金属的选择性溶剂萃取

• 发表时间: 2022
• 作者: Aditya D. Hartono;Rahman Md Moshikur;and Masahiro Goto
• 通讯作者: and Masahiro Goto

Recovery of Cobalt and Manganese from Spent Lithium-ion Batteries using a Phosphonium-based Ionic Liquid

使用磷基离子液体从废旧锂离子电池中回收钴和锰

• DOI: 10.15261/serdj.28.79
• 发表时间: 2021
• 期刊: Solvent Extraction Research and Development, Japan
• 作者: FIRMANSYAH Mochmad L.;FAJAR Adroit T. N.;MUKTI Rino R.;ILMI Thalabul;KADJA Grandprix T. M.;GOTO Masahiro
• 通讯作者: GOTO Masahiro

Recovery of platinum group metals from a spent automotive catalyst using polymer inclusion membranes containing an ionic liquid carrier

• DOI: 10.1016/j.memsci.2021.119296
• 发表时间: 2021-04-02
• 期刊: JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
• 影响因子: 9.5
• 作者: Fajar, Adroit T. N.;Hanada, Takafumi;Goto, Masahiro
• 通讯作者: Goto, Masahiro