利用蓝藻有效回收废水中的稀土元素！

利用蓝藻有效回收废水中的稀土元素！

 来源：scitechdaily biology
                                                   
{}稀土元素(REEs)在现代科技中发挥着至关重要的作用。循环经济中所有资源应该得到回收和再利用。新的蓝藻菌株表现出对稀土元素的快速高效的“生物吸附”，使回收成为可能。虽然我国是稀土大国，但循环利用依然值得重视。

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稀土元素(REEs)是一组17种具有相似化学性质的金属元素。它们因在地壳中很少出现而得名，其浓度通常在百万分之0.5至67之间。这些元素在现代科技中发挥着至关重要的作用，包括LED、智能手机、电动机、风力涡轮机、硬盘驱动器、相机、磁铁和节能灯泡等产品。因此，在过去几十年里，稀土的需求稳步增长，预计到2030年将继续增长。

由于稀土的稀缺性和高需求，稀土的价格可能相当昂贵。例如，目前一公斤氧化钕的价格约为200欧元(约214美元)，而氧化铽的价格甚至更贵，约为3800欧元(约4073美元)。目前，中国在稀土开采方面占据主导地位，对该行业的控制近乎垄断。然而，最近在瑞典基律纳发现了有前景的稀土新矿床，估计储量超过100万吨，并于2023年1月成为头条新闻。             

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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，所有的资源都得到回收和再利用。那么，我们也能更有效地回收稀土元素吗? 在《生物工程和生物技术前沿》中，德国科学家证明了答案是肯定的: 一些光合作用蓝藻可以有效地从来自采矿、冶金或电子垃圾回收的废水中吸收其中的稀土元素。被吸收的稀土元素之后可以从生物质中清洗出来并收集起来进行再利用。        

各种来源的蓝藻菌株
生物吸附是一种代谢的被动过程，快速，可逆地从水溶液中结合离子到生物质。Brück和同事们测量了12株蓝藻在实验室培养中对稀土元素镧、铈、钕和铽的生物吸附潜力。这些菌株中的大多数以前从未对其生物技术潜力进行过评估。这些样本来自高度特化的栖息地，如纳米比亚沙漠的干旱土壤、世界各地地衣的表面、乍得的泡碱湖、南非的岩石裂缝或瑞士受污染的小溪。

作者发现，一种未鉴定的Nostoc新种从水溶液中对这四种稀土元素离子的生物吸附能力最高，效率在84.2至91.5 mg / g生物量之间，而透明镰胞(Scytonema hyalinum)的效率最低，为15.5至21.2 mg / g。同样有效的还有长联球菌(Synechococcus elongates)、Desmonostoc muscorum、Calothrix brevissima和一种未鉴定的Komarekiella新种。研究发现，生物吸附强烈依赖于酸度:pH值在5到6之间时最高，在酸性较强的溶液中逐渐下降。当没有其他非稀土元素金属(如锌、铅、镍或铝)的正离子对生物吸附表面的“竞争”时，该过程是最有效的。

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作者使用一种称为红外光谱的技术来确定生物质中哪些功能化学基团主要负责稀土的生物吸附。“我们发现，蓝藻具有出色的吸附特性，因为它们含有高浓度的带负电荷的糖基团，这些糖基团携带羰基和羧基。这些带负电荷的成分吸引带正电荷的金属离子，如稀土，并支持它们附着在生物质上，”慕尼黑工业大学的科学家，第一作者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，蓝藻也可能对稀土元素进行生物吸附。这个过程也很快:例如，溶液中的大多数铈在反应开始的五分钟内就被生物吸附了。

“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，生物吸附为从采矿、电子和化学催化剂生产部门稀释的工业废水中循环回收和再利用稀土金属提供了一种经济和生态优化的过程，”慕尼黑工业大学教授Brück博士说。“我们优化了蓝藻生物量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。这些蓝藻可以用于未来的环保工艺，同时回收稀土元素和处理工业废水，”Brück博士是该研究的作者。他预测:“随着稀土的需求和市场价格在未来几年可能大幅上涨，该系统预计在不久的将来在经济上是可行的。