利用细菌蛋白提取和分离稀土元素

由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细菌蛋白可以为从矿山尾矿和电子垃圾中提取稀土元素（REEs），并将它们与其他金属以及彼此分离提供一种更环保的方式。关于这项工作的一篇开放性论文发表在ACS中央科学杂志上。

REEs的低层次来源，例如来自工业废料，通常包含许多REEs和其他金属混合在一起。这种新方法依赖于一种名为lanmodulin（LanM）的蛋白质，它首先与来源中的所有REEs结合。然后，其他金属被排出并去除。

通过改变样品的条件，例如改变酸度或添加称为螯合剂的成分，个别类型的稀土就会失去结合力，从而可以被收集。即使样品中的REEs含量很低，这种新程序也能成功提取并分离出高纯度的重REEs。

为了满足新兴清洁能源技术中对稀土日益增长的需求，我们需要解决供应链中的几个挑战。这包括提高这些金属的提取和分离过程的效率并减轻其环境负担。在这项研究中，我们展示了一种有前途的新方法，它使用一种天然蛋白质，可以扩大规模，从低级来源（包括工业废物）中提取和分离稀土元素。

由于美国目前需要的大部分稀土都是进口的，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产生的工业废料，以及手机和许多其他材料产生的电子废料。

这些资源很丰富，但被认为是低档次的，因为稀土与许多其他金属混合在一起，所含的稀土量太少，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。

这种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，这种蛋白与稀土元素的结合能力比其他金属好近10亿倍。

从含稀土的原料中提取并随后分离单个稀土是一项具有挑战性的任务，但对于可再生能源技术的发展和可持续性是必不可少的。作为克服当前稀土加工方法的技术和环境限制的重要一步，这项研究展示了一种以生物为基础的、全水的稀土提取和分离方案，使用的是具有稀土选择性的lanmodulin蛋白。

该项研究进一步证明，固定化的细菌蛋白有能力实现清洁能源关键性的稀土对Nd/Dy的高纯度分离，并在一次色谱柱运行中把低品位的浸出液转化为独立的重稀土和轻稀土，同时使用90%∼的色谱柱容量。这种首次从非常复杂的水基原料溶液中实现串联萃取和分组分离稀土而不需要有机溶剂的能力。

研究小组从钕（Nd）中分离出钇（Y），这两种稀土元素都在原生稀土矿藏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%）。

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