喜金属微生物提供了提炼稀土元素的绿色方法

稀土元素是电动汽车、风力涡轮机和智能手机的重要组成部分。从原矿石中提取这些金属需要使用酸和溶剂进行处理。

现在，康奈尔大学的科学家们已经确定了希瓦氏菌(Shewanellaoneidensis)的基因组特征，这是一种对稀土元素有亲和力的喜金属细菌，用一种称为生物吸附的良性做法取代了严酷的化学处理。

他们的研究成果“Shewanellaoneidensis稀土结合的基因组表征”发表在《科学报告》上。

“当前稀土元素提纯方法的问题在于，它们严重依赖有机溶剂和刺激性化学品，”农业与生命科学学院生物与环境工程助理教授、资深作者巴斯托说。“这些方法成本高昂，而且对环境造成破坏。我们有一种绿色替代方案，利用微生物选择性吸附和纯化稀土元素，无需使用有害化学物质。我们正在使纯化过程变得更加绿色。”

这种微生物选择性地吸附或粘附这些稀土元素，使其成为执行环保净化程序的理想候选者。

一般来说，S.oneidensis更喜欢吃元素周期表第六行的f区元素，即镧系元素。具体来说，微生物更喜欢铕。

通过表征S.oneidensis的基因组，科学家可以调整其处理其他稀土元素的偏好。

科学家们筛选了S.oneidensis基因组的3,373个部分，发现了242个影响它的基因。

科学家在细菌中发现的突变基因可以将稀土元素纯化过程的时间缩短近三分之一(与野生品种的S.oneidensis相比)，并为磨练这种绿色方法提供了路线图。

“我们的工作指出了控制膜组成的关键基因，这些基因传统上负责稀土元素生物吸附中的细胞粘附和生物膜形成，”巴斯托实验室的博士生、REEgen创始人、主要作者SeanMedin说。“这项工作推进了S.oneidensis中稀土元素生物吸附的机制。”

梅丁说，这项工作有可能使稀土加工变得更加清洁和可扩展。“目前，由于严格的环境法规和建设分离工厂的基础设施成本高昂，所有稀土元素的提纯都在国外进行，”他说。“我们的工艺将不再需要对环境有害的溶剂。”

“我们的工艺可能会大大减少建设所需的土地和资本密集度，”梅丁说，“因为我们的分离可以通过充满固定细菌的柱子反复富集来完成，而不是长达数英里的混合沉降器工厂。”

虽然该技术仍在开发中，但研究人员对潜在影响持乐观态度。康奈尔阿特金森可持续发展中心的教员巴斯托说，这项技术可以帮助美国为技术和国防应用开发稳定的稀土元素供应。

该集团预计到2028年创建一个中试规模的净化系统。

巴斯托说：“这项研究为我们提供了制造微生物的基因蓝图，使我们能够以环保的方式纯化稀土。”“如果你想减少气候变化，这使我们能够建立可持续的能源基础设施，例如改进电动汽车、风力涡轮机、制造超导体和提供高效照明。这就是最终的回报。”