利用蛋白從大雜燴中提取、分離稀土元素,新方法更加環保

作者 | 發布日期 2021 年 10 月 11 日 11:55 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


製造智慧型手機、電動車電池至關重要的稀土元素,由於傾向於兩兩或多種元素一起生成合金,因此得靠各種方法另外分離提取。科學家現在帶來一種讓提取分離更環保的方法,透過從細菌中分離出來的蛋白質,可以幫助回收工業廢物和電子產品中的稀土金屬。

稀土元素(rare earth element)是指元素周期表上第 Ⅲ 族鈧、釔和鑭系元素等共 17 種金屬的總稱,在地殼中豐度相當高,並不稀有(鉕除外),但由於它們傾向兩兩或多種一起生成合金,一般方法難以將稀土元素彼此單獨分離,隨著智慧型手機、電動車電池、太陽能板等各領域對稀土元素的需求日漸增長,供應方面開始出現挑戰。

賓州州立大學(PSU)與美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)團隊現在開發出另一種更環保的方法,仰賴團隊之前發現一種稱為 LanM(lanmodulin)的細菌蛋白,可以提高稀土金屬提取與分離過程的效率,同時還能減輕環境負擔。

以美國而言,該國大部分稀土元素仰賴進口,因此新方法重點在於建立非一般提取來源的國內供應,包括燃燒煤炭、開採其他金屬產生的工業廢物、手機與電子設備回收物等,這些來源內的稀土與許多金屬混合,且含量偏低,若仰賴傳統提取分離方法則成本相當高昂。

但研究人員 LanM 蛋白與稀土元素的結合能力比其他金屬高出近 10 億倍,在實驗中,LanM 蛋白先被固定管內微小珠子上,接著添加欲分離的材料讓 LanM 蛋白與樣品中的稀土元素結合,剩餘液體則被排出;之後再改變酸度或添加其他成分如:螯合物(chelator),便能讓金屬與蛋白質分離並排出收集,簡單分離出單個稀土元素。

▲ 利用蛋白提取稀土元素。(Source:賓州州立大學

團隊已成功使用該方法將釔(Y)與釹(Nd)分離,也成功從鏑(Dy)中分離出釹(一種在電子廢物中很常見的配對),純度皆超過 99%,與其他化學分離方法相媲美,但無需使用刺激性有機溶劑,且蛋白質還能多次循環利用。

研究人員表示,新方法或許不會取代過去用來分離富含稀土金屬來源的有效化學方法,但相當適合應付「大雜燴」來源,特別是從中提取出更稀有且價值更高的重稀土,只要設計出能選擇特定元素的 LanM 蛋白,就可在相對較少的步驟中回收並分離所有 17 種稀土元素。

新論文發表在《ACS Central Science》期刊。

(首圖來源:pixabay