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一种新的方法改善了稀土元素的提取和分离。宾夕法尼亚州立大学和劳伦斯-利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家领导的新研究表明，从细菌中分离出的一种蛋白质可以提供一种更环保的方式来提取这些金属，并将它们与其他金属以及相互之间分离。该方法最终可以扩大规模，以帮助从工业废物和应予回收的电子产品中开发国内的稀土金属供应。
'为了满足新兴清洁能源技术对稀土元素日益增长的需求，我们需要解决供应链中的几个挑战，包括提高这些金属的提取和分离过程的效率和减轻环境负担。在这项研究中，我们展示了一种有希望的新方法，使用一种天然蛋白质，可以扩大规模，从低级别的来源，包括工业废物中提取和分离稀土元素。'宾夕法尼亚州立大学化学系助理教授兼路易斯-马塔拉诺职业发展教授、宾夕法尼亚州立大学关键矿物中心成员、该研究的共同通讯作者Joseph Cotruvo Jr.说道。 由于美国目前所需的大部分稀土元素都是进口的，因此新的重点是通过非常规来源建立国内供应，包括燃烧煤炭和开采其他金属的工业废料以及手机和许多其他材料的电子废料。这些来源很庞大，但被认为是 '低级 '的，因为稀土与许多其他金属混合在一起，所含的稀土量太低，传统工艺无法很好地发挥作用。此外，目前的提取和分离方法依赖于苛刻的化学品，是劳动密集型的，有时涉及数百个步骤，产生大量的废物，而且成本很高。 新方法利用了研究小组之前发现的一种名为lanmodulin的细菌蛋白，该蛋白与稀土元素的结合能力比其他金属好近10亿倍。描述这一过程的论文于10月8日在线发表在ACS中央科学杂志上。 蛋白质首先被固定在柱子里的小珠子上--柱子是工业过程中常用的垂直管，在柱子里加入液体源材料。然后蛋白质与样品中的稀土元素结合，这使得只有稀土被保留在柱子里，而剩余的液体则被排掉。然后，通过改变条件，例如改变酸度或添加额外的成分，金属就会从蛋白质上解除结合，并可以被排出和收集。通过仔细地依次改变条件，个别稀土元素可以被分离。
Cotruvo说：'我们首先证明了该方法在将稀土元素从其他金属中分离出来方面非常出色，这在处理低等级的金属大杂烩来源时是至关重要的。即使在一个非常复杂的解决方案中，只有不到0.1%的金属是稀土--这是一个极低的数量--我们成功地提取了一组较轻的稀土，然后在一个步骤中从一组较重的稀土中分离。这种分离是一个重要的简化步骤，因为稀土必须被分离成单个元素才能被纳入技术中。' 研究小组从钕（Nd）中分离出钇（Y），两者都在原生稀土矿床和煤炭副产品中含量丰富，纯度超过99%。他们还从镝(Dy)中分离出了钕，这是电子废物中常见的一种关键配对，纯度超过99.9%，这取决于初始金属成分。 回收的钕和镝的高纯度可与其他分离方法相媲美，并且在不使用苛刻的有机溶剂的情况下以同样多或更少的步骤完成。由于这种蛋白质能够被多次循环使用，它为目前使用的方法提供了一个有吸引力的生态友好型替代方案。 研究人员认为，他们的方法不一定会取代目前通常用于从高品位资源中大批量生产较轻稀土元素的液态提取工艺。相反，它将允许有效地利用低级来源，特别是提取和分离更稀有的、通常更有价值的重稀土。 最近的其他方法能够从低级来源中提取稀土元素，但它们通常停在一个'总'产品上，将所有的稀土混在一起，其价值相对较小，然后需要被输送到更传统的计划中，进一步提纯单个稀土元素，价值真正在于单个稀土的生产，特别是较重的元素。 Cotruvo补充说：'我们的工艺特别方便，因为这些高价值金属可以先从柱子上提纯出来。' 研究人员计划对该方法进行优化，以使获得最高纯度的产品所需的循环次数减少，并使其能够扩大到工业用途。 Cotruvo说：'如果我们能够设计出对特定元素具有更大选择性的lanmodulin蛋白的衍生物，我们可以在相对较少的步骤中回收和分离所有17种稀土元素，即使是从最复杂的混合物中，而且没有任何有机溶剂或有毒化学品，这将是一个非常重要的事情。我们的工作表明，这个目标应该是可以实现的。' |
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