通过生物浸出和生物累积实现稀土元素的有效回收工艺

BOKUTulln和IMCKrems应用技术大学之间的研究合作正在利用生物浸出和生物累积的进一步发展来开发一种两阶段、环保且可持续的稀土元素(稀土)回收工艺。

在生物累积步骤中，电子废料中的金属回收率高达85%。成功的关键在于生物技术工艺的结合。这些方法目前正在开发中，其有希望的基础最近发表在《微生物学前沿》上。

近年来，电子产品需求量急剧上升，手机、电动汽车、电脑等电子设备应用范围广泛，含稀土元素的废弃物也随之增加。尽管稀土元素是重要的原材料来源，甚至被欧盟列为关键原材料，但大多数此类废弃物最终仍被填埋而未被利用。

因此，人们正在深入研究有效的回收方法。与其他方法相比，基于微生物的生物浸出和生物累积方法是一种很有前途的绿色替代技术，可用于从电子垃圾中回收关键原材料。它具有成本效益，不会产生危险或污染性的二次废物，并且消耗的能源更少。

这些工艺的基本原理是基于某些微生物产生的酸，这些酸可以从电子垃圾中浸出某些金属，例如铁、铜或铝。这些金属会干扰随后的生物累积中对有价值稀土的吸收过程。BOKUTulln和IMC应用科学大学克雷姆斯分校这两家合作伙伴已经对这两种方法进行了一段时间的研究，现在，这两个研究团队已经联手建立了一个有前途的合作关系，并结合了他们的专业知识。

“无中生有”：微生物训练

除了研究人员之外，本研究还涉及生物浸出过程中的许多其他关键参与者，这些参与者在联合技术中被概括为：不同种类的细菌。例如，Acidithiobacillusthiooxidans和Alicyclobacillusdisulfidooxidans最初是从捷克共和国的一个酸性采矿湖(pH2.6)收集的，然后在实验室中一起培养，用于生物浸出过程。这些嗜酸和化学自养生物在酸性环境中茁壮成长，并从无机化合物的氧化中获取能量。

就生物累积而言，众所周知的肠道细菌大肠杆菌被证明是最成功的稀土累积者。

用于回收稀土元素的浓缩工艺面临的主要实际挑战是电子垃圾中通常含有大量其他金属。尤其是铁、铜和铝会干扰生物技术工艺。为了克服这个问题，研究人员提出了另一种创新方案：“训练”微生物。使用克洛斯特新堡IST开发的一种名为morbidostat的设备，微生物会逐渐适应更高的金属浓度。然而，生物累积过程必须小心进行，以免微生物失去积累有价值物质的能力。

分阶段提高效率

目前，稀土元素的提取方法都是基于化学过程，而化学过程会产生对环境有害的副产品，并产生新的有害物质。生物技术方法的结合比化学方法具有明显的优势，因为细菌细胞中的浸出和积累都是环保且可持续的，而且在过程的任何阶段都不会产生有害或污染物质。

然而，还需要进一步研究以克服电子垃圾成分的巨大差异。即使铝、铁或铜等干扰金属的浓度发生变化，该技术也必须以可重复和可靠的方式工作。

BOKU和IMCKrems的研究人员正在研究多种策略来实现这一目标。另一种策略是让负责生物浸出和生物累积的细菌适应高浓度的干扰金属。这可以通过使用一种称为morbidostat的系统来实现。在这个系统中，微生物暴露在浓度逐渐增加的干扰金属中。然后研究人员等待，直到适应发生，生物体开始进一步生长。

除了调节微生物外，研究人员还在测试能够降低干扰金属浓度的系统。正在研究的材料包括在BOKU开发的所谓木质素水凝胶。这些策略的结合旨在确保生物浸出和生物累积创新组合的效率和可持续性，从而开发一种新的、环保的稀土回收方法。

BOKUTulln和IMCKrems应用技术大学之间的研究合作正在利用生物浸出和生物累积的进一步发展来开发一种两阶段、环保且可持续的稀土元素(稀土)回收工艺。

在生物累积步骤中，电子废料中的金属回收率高达85%。成功的关键在于生物技术工艺的结合。这些方法目前正在开发中，其有希望的基础最近发表在《微生物学前沿》上。

近年来，电子产品需求量急剧上升，手机、电动汽车、电脑等电子设备应用范围广泛，含稀土元素的废弃物也随之增加。尽管稀土元素是重要的原材料来源，甚至被欧盟列为关键原材料，但大多数此类废弃物最终仍被填埋而未被利用。

因此，人们正在深入研究有效的回收方法。与其他方法相比，基于微生物的生物浸出和生物累积方法是一种很有前途的绿色替代技术，可用于从电子垃圾中回收关键原材料。它具有成本效益，不会产生危险或污染性的二次废物，并且消耗的能源更少。

这些工艺的基本原理是基于某些微生物产生的酸，这些酸可以从电子垃圾中浸出某些金属，例如铁、铜或铝。这些金属会干扰随后的生物累积中对有价值稀土的吸收过程。BOKUTulln和IMC应用科学大学克雷姆斯分校这两家合作伙伴已经对这两种方法进行了一段时间的研究，现在，这两个研究团队已经联手建立了一个有前途的合作关系，并结合了他们的专业知识。

“无中生有”：微生物训练

除了研究人员之外，本研究还涉及生物浸出过程中的许多其他关键参与者，这些参与者在联合技术中被概括为：不同种类的细菌。例如，Acidithiobacillusthiooxidans和Alicyclobacillusdisulfidooxidans最初是从捷克共和国的一个酸性采矿湖(pH2.6)收集的，然后在实验室中一起培养，用于生物浸出过程。这些嗜酸和化学自养生物在酸性环境中茁壮成长，并从无机化合物的氧化中获取能量。

就生物累积而言，众所周知的肠道细菌大肠杆菌被证明是最成功的稀土累积者。

用于回收稀土元素的浓缩工艺面临的主要实际挑战是电子垃圾中通常含有大量其他金属。尤其是铁、铜和铝会干扰生物技术工艺。为了克服这个问题，研究人员提出了另一种创新方案：“训练”微生物。使用克洛斯特新堡IST开发的一种名为morbidostat的设备，微生物会逐渐适应更高的金属浓度。然而，生物累积过程必须小心进行，以免微生物失去积累有价值物质的能力。

分阶段提高效率

目前，稀土元素的提取方法都是基于化学过程，而化学过程会产生对环境有害的副产品，并产生新的有害物质。生物技术方法的结合比化学方法具有明显的优势，因为细菌细胞中的浸出和积累都是环保且可持续的，而且在过程的任何阶段都不会产生有害或污染物质。

然而，还需要进一步研究以克服电子垃圾成分的巨大差异。即使铝、铁或铜等干扰金属的浓度发生变化，该技术也必须以可重复和可靠的方式工作。

BOKU和IMCKrems的研究人员正在研究多种策略来实现这一目标。另一种策略是让负责生物浸出和生物累积的细菌适应高浓度的干扰金属。这可以通过使用一种称为morbidostat的系统来实现。在这个系统中，微生物暴露在浓度逐渐增加的干扰金属中。然后研究人员等待，直到适应发生，生物体开始进一步生长。

除了调节微生物外，研究人员还在测试能够降低干扰金属浓度的系统。正在研究的材料包括在BOKU开发的所谓木质素水凝胶。这些策略的结合旨在确保生物浸出和生物累积创新组合的效率和可持续性，从而开发一种新的、环保的稀土回收方法。