发现十几种外来细菌被动地从废水中收集稀土元素

稀土元素(REE)是一组17种化学性质相似的金属，之所以得名，是因为它们通常以低浓度(百万分之0.5至67)存在于地壳中。由于它们在发光二极管、手机、电动机、风力涡轮机、硬盘、照相机、磁铁和低能耗灯泡等现代技术中不可或缺，因此在过去几十年中对它们的需求稳步增长，预计到2030年进一步上升。

由于它们的稀有性和需求，它们价格昂贵：例如，一公斤氧化钕目前的价格约为200欧元，而同样数量的氧化铽价格约为3,800欧元。今天，中国几乎垄断了稀土元素的开采，尽管2023年1月大张旗鼓地宣布在瑞典基律纳发现了有前途的新发现(超过100万吨)。

循环经济

从浪费的“线性”经济转向所有资源都得到回收和再利用的“循环”经济的优势是显而易见的。那么我们也可以更有效地回收稀土元素吗?

在《生物工程与生物技术前沿》一书中，德国科学家证明答案是肯定的：一些奇异的光合蓝藻的生物量可以有效地吸收废水中的稀土元素;例如来自采矿、冶金或电子废物回收的那些。吸收的稀土元素随后可以从生物质中清洗并收集起来再利用。

“在这里，我们优化了蓝藻生物质吸收稀土元素的条件，并描述了结合它们的最重要的化学机制。这些蓝藻可用于未来的生态友好型工艺，同时回收稀土元素和处理工业废水，”博士说。ThomasBrück是慕尼黑工业大学的教授，也是该研究的最后一位作者。

高度专业的蓝藻菌株

生物吸附是一种代谢被动过程，用于将水溶液中的离子快速、可逆地结合到生物质上。Brück及其同事测量了实验室培养的12种蓝藻菌株对稀土元素镧、铈、钕和铽的生物吸附潜力。大多数这些菌株以前从未评估过它们的生物技术潜力。它们的样本来自高度专业化的栖息地，例如纳米比亚沙漠的干旱土壤、世界各地的地衣表面、乍得的泡碱湖、南非的岩石裂缝或瑞士受污染的溪流。

作者发现，一种未表征的发菜新种对水溶液中这四种稀土元素的离子的生物吸附能力最高，效率在每克生物质84.2到91.5毫克之间，而透明囊藻的效率最低，为每克生物质15.5到21.2毫克。G。同样有效的是Synechococcuselongates、Desmonostocmuscorum、Calothrixbrevissima和一种未鉴定的Komarekiella新种。发现生物吸附在很大程度上取决于酸度：它在pH值介于5和6之间时最高，并且在更多酸性溶液中稳步下降。当蓝藻生物量上的生物吸附表面与其他非REE金属(如锌、铅、镍或铝)的正离子没有“竞争”时，该过程最有效。

作者使用一种称为红外光谱的技术来确定生物质中的哪些功能性化学基团主要负责REE的生物吸附。

“我们发现，源自蓝藻的生物质具有出色的吸附特性，因为它们带有高浓度的带负电荷的糖部分，这些糖部分带有羰基和羧基。这些带负电荷的成分会吸引带正电荷的金属离子，例如稀土元素，并支持它们附着在生物质上，”第一作者、慕尼黑工业大学的科学家MichaelPaper说。

快速高效，未来应用潜力巨大

作者得出结论，即使在金属浓度较低的情况下，蓝藻对REE的生物吸附也是可能的。这个过程也很快：例如，溶液中的大部分铈在反应开始后五分钟内被生物吸附。

“这里描述的蓝藻可以吸附相当于其干物质10%的稀土元素。因此，生物吸附提供了一种经济和生态优化的过程，用于从采矿、电子、和化学催化剂生产部门，”Brück说。

“该系统有望在不久的将来在经济上变得可行，因为未来几年稀土元素的需求和市场价格可能会大幅上涨，”他说。