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最近美国宾夕法尼亚州立大学化学副教授小约瑟夫·科特鲁沃领导的团队，发现了一种在常温常压下，利用特殊的细菌蛋白无污染、低能耗高效提取稀土的方法，或带来稀土提炼的巨大突破，彻底让所谓的稀土，变成唾手可得的“泥土”！ 什么是稀土元素？稀土元素是指在地壳中含量较少的17种金属元素，包括镧系元素（镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥）和锕系元素（锕、锫、锎）。 稀土在高科技领域具有重要的应用价值，比如电子产品、新能源汽车、航空航天等。因此，稀土元素被称为“工业维生素”或“现代工业黄金”。
稀土元素为什么难以回收？稀土元素虽然重要，但是它们的开采和利用也存在一些问题。 首先，稀土元素分布不均匀，目前大部分稀土的开采和生产集中在中国等少数国家。 其次，稀土元素很难从矿石中提取出来，这是因为稀土元素化学性质相似，经常一起出现在地壳中，需要经过数十甚至上百道复杂的化学过程处理，并带来巨大的污染。 另外，稀土元素也很难从废弃的电子产品中回收出来，因为它们通常以微量的形式存在于各种材料中。 这些问题导致了稀土元素的供需矛盾和环境污染。
细菌如何分离稀土元素？为了解决这些问题，科学家们一直在寻找更有效、更环保的方法来提取和回收稀土元素。 最近，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现了一种细菌蛋白，叫做lanmodulin（缩写为LanM），它可以高效地进行稀土元素的分离。 LanM是一种由细菌产生的小分子蛋白质，它可以与稀土元素形成化学键。 LanM对不同稀土元素有不同的亲和力，根据稀土元素的大小和身份进行选择。 LanM可以形成二聚体或单体，从而实现在正常室温条件下的分子握手。 分子握手是指两个分子之间的相互作用，可以使它们结合或分离。 科学家们利用LanM的这种特性，设计了一种简单的方法来分离稀土元素。 他们首先将含有稀土元素的溶液与LanM混合，使LanM与稀土元素结合。 然后，他们将混合物加热到一定温度，使LanM从二聚体变成单体，释放出稀土元素。 这样，就可以根据不同稀土元素的亲和力和释放温度，将它们分离出来。 科学家们已经利用这种蛋白质，在室温下不使用任何有机溶剂，一步到位地分离出了永磁体的主要成分——钕和镝。
这项研究有什么意义？这项研究是利用生物技术来解决稀土元素的分离问题的一个重要突破。 它具有以下几个优点： 它可以在常温常压下进行，不需要高温高压或强酸强碱等化学试剂，节省了能源和成本，减少了环境污染。 它可以实现稀土元素的高选择性和高回收率，不会造成资源浪费或交叉污染。 它可以应用于各种来源的稀土元素，包括矿石、工业废水、电子废料等，提高了稀土元素的利用效率。 这种方法可能为整个科技领域带来更有效、更环保的采矿和回收措施，展示了细菌蛋白在材料科学和化学工程中的巨大潜力。如果真的能商业化运行，将可能彻底让稀土变得不再稀有，从而推动高科技产业的快速发展。 这项研究发表在5月31日的《自然》上。 参考文献 : Enhanced rare-earth separation with a metal-sensitive lanmodulin dimer. Nature, 2023, 618, 87–93. |
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