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种化学上相似的金属，之所以得名，是因为它们通常在地壳内以低浓度(百万分之0.5至67)出现。由于它们在发光二极管、手机、电动机、风力涡轮机、硬盘、相机、磁铁和低能耗灯泡等现代技术中不可或缺，因此对它们的需求在过去几十年中稳步增长，预计到 2030 年将进一步上升。

由于它们的稀有性和需求量，它们很昂贵：例如，一公斤氧化钕目前的价格约为 200 欧元，而相同数量的氧化铽的成本约为 3，800 欧元。如今，中国几乎垄断了稀土元素的开采，尽管2023年<>月在瑞典基律纳大张旗鼓地宣布在瑞典基律纳发现了有希望的新发现(超过<>万吨)。

循环经济

从浪费的“线性”经济转向“循环”经济的优势是显而易见的，在循环经济中，所有资源都被回收和再利用。那么，我们能更有效地回收稀土吗?

在《生物工程与生物技术前沿》一书中，德国科学家已经证明答案是肯定的：一些外来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洗涤并收集起来再利用。

“在这里，我们优化了蓝藻生物质吸收REE的条件，并表征了结合它们的最重要的化学机制。这些蓝藻可用于未来的环保工艺，同时回收和处理工业废水，“慕尼黑工业大学教授，该研究的最后一位作者Thomas Brück博士说。

高度专业化的蓝藻菌株

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。Brück及其同事在实验室培养中测量了12种蓝藻菌株对稀土镧，铈，钕和铽的生物吸附潜力。这些菌株中的大多数以前从未评估过其生物技术潜力。它们取自高度专业化的栖息地，如纳米比亚沙漠的干旱土壤、世界各地的地衣表面、乍得的纳特龙湖、南非的岩石缝隙或瑞士受污染的小溪。

作者发现，一种未表征的Nostoc新物种具有从水溶液中生物吸附这四种稀土元素的离子的最高能力，效率在每克生物量84.2至91.5毫克之间，而透明细胞瘤的效率最低，为每克15.5至21.2毫克。同样有效的还有Synechococcus elongates，Desmonostoc muscorum，Calothrix brevissima和一种未表征的Komarekiella新物种。发现生物吸附强烈依赖于酸度：它在<>到<>之间的pH值时最高，并且在更多的酸溶液中稳步下降。当蓝藻生物质上的生物吸附表面没有来自其他非稀土金属(如锌、铅、镍或铝)的正离子的“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化学基团主要负责稀土的生物吸附。

“我们发现，来自蓝藻的生物质具有出色的吸附特性，因为它们具有高浓度的带负电荷的糖部分，其携带羰基和羧基。这些带负电荷的成分吸引带正电荷的金属离子，如REE，并支持它们与生物质的附着，“第一作者，慕尼黑工业大学的科学家Michael Paper说。

快速高效，未来应用潜力巨大

作者得出结论，即使在低浓度的金属下，蓝藻对稀土元素的生物吸附也是可能的。该过程也很快：例如，溶液中的大多数铈在开始反应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，生物吸附为采矿、电子和化学催化剂生产部门的稀释工业废水中稀土金属的循环回收和再利用提供了一种经济和生态优化的工艺，“Brück说。

“预计该系统将在不久的将来变得经济可行，因为未来几年对稀土的需求和市场奖励可能会大幅上升，”他说。