Recovery and recycling of lanthanides from permanent magnets: techniques for reuse in innovative applications

Questa tesi di dottorato esplora nuovi approcci per l'estrazione, la separazione e il riutilizzo funzionale degli elementi delle terre rare, con un focus particolare su neodimio (Nd) e disprosio (Dy) provenienti da magneti permanenti a fine vita. Questi elementi, cruciali per varie applicazioni tecnologiche, presentano sfide significative per il recupero a causa della loro somiglianza chimica. Il lavoro è suddiviso in due sezioni principali, ognuna delle quali affronta una fase diversa del recupero e della funzionalizzazione. Nella prima parte, la ricerca esamina la progettazione, sintesi e caratterizzazione di ligandi organici specializzati, capaci di complessare selettivamente Nd e Dy. Utilizzando una gamma di ligandi con ambienti di coordinazione variabili, è stato sviluppato un metodo di precipitazione selettiva, migliorando la sostenibilità economica e ambientale del processo di separazione. I ligandi sono stati sintetizzati attraverso la condensazione di tren o 1,3-diaminopropanolo con derivati salicilaldeidici funzionalizzati, ottenendo ligandi Schiff-base epta- e penta-dentati. La successiva riduzione di queste basi di Schiff ha prodotto una struttura di ligando più stabile, adatta a condizioni di lavorazione più severe. Questa parte della tesi fornisce una base per una separazione efficace delle terre rare, ottimizzando la solubilità e la stabilità dei complessi metallo-ligando. La seconda parte sviluppa materiali a base di lantanidi con potenziali applicazioni biomediche. Utilizzando ioni di Nd e Dy recuperati, sono stati sintetizzati complessi 12-metallocorona-4 (12-MC-4) dimerici, trimerici e tetramerici per un potenziale utilizzo in bio-imaging e/o terapia mirata. L’assemblaggio di questi complessi ha coinvolto il collegamento di unità monomeriche 12-MC-4 con ligandi dicarbossilici con diversi angoli di legame per formare strutture adatte a studi di fluorescenza e stabilità. La funzionalizzazione con cromofori a base di NBD ha permesso di ottenere luminescenza a lunghezze d'onda visibili, rendendo questi materiali adatti come sonde fluorescenti. Inoltre, le metallocorone sono state modificate con biotina per consentire l'interazione selettiva con la streptavidina, utile per l'imaging tumorale mirato. Questa tesi sottolinea la fattibilità di un approccio coordinato al recupero e alla funzionalizzazione delle terre rare, avanzando nel campo del riciclo sostenibile e ampliando l'ambito delle applicazioni biomediche per i materiali recuperati