筑波大学生命环境科学系助理教授Ayumu Minata等人发现了生活在硫酸温泉中的红藻硫磺藻在某些条件下被称为稀有金属稀土可以有效恢复。
稀土是支持我们丰富生活的尖端设备中使用的重要元素,但从降低资源风险和环境影响的角度来看,稀土的回收是一个重要问题。
在回收稀土时,需要一种技术来选择性地、有效地回收含有大量铁和铜的酸性废水中极少量的稀土。
这次,Minota 助理教授等人。硫磺藻,我们发现在一定条件下,这种红藻可以从含有多种金属的酸性溶液中高效地回收低浓度的稀土。此外,该机制与之前提出的使用微生物的金属回收方法不同。
该研究成果是开发从酸性金属废液中高效回收稀土新技术的重要一步。
这项研究是由米乐m6官方网站进行的测量标准研究部的研究员Shinichi Miyashita、实验室主任Kazuzo Inagaki、大阪大学客座教授Takayuki Yamamoto和东京药科大学教授Mikio Tsuzuki的联合研究。
这个研究结果是应用微生物学和生物技术网络版上发布
该成果是通过JST战略创意研究推进项目个人研究(PRESTO)获得的。
被称为稀土的稀有金属是支撑我们富裕生活方式的重要元素,例如混合动力汽车发动机、超强磁性材料和光盘。为此,为了应对尖端产业不断增长的需求,资源有限的日本供应不稳定,回收利用是重要课题之一。
然而,当尝试回收稀土时,通常贱金属的酸性废液中回收仅含有少量的稀土。目前,人们正在开发各种方法来解决成本和收集效率问题,但尚未投入实际使用。
一般来说,与使用化学品或离子交换树脂的方法相比,使用微生物回收金属是一种更便宜、更环保的技术。迄今为止提出的利用微生物回收金属的主要原理是从带负电的细胞表面回收带正电的金属(生物吸附),并且已经提出了几种回收稀土的方法。然而,这些方法存在以下问题:(1)当多种金属存在时,它们会竞争电池表面层的负电荷,降低恢复效率; (2)在酸性条件下,电池表面层的负电荷被带正电的氢离子阻挡,导致低浓度下的回收效率显着降低。
因此,以利用微生物从含有多种金属的酸性金属废液中高效回收稀土为目标,Minota助理教授等人。硫磺藻这种红藻是一种生活在硫酸温泉中的藻类,30年前就有报道称,它可以在厌氧条件下高效回收低浓度(6 ppm)的铜。
硫酸温泉红藻硫磺藻硫磺藻是 Ideyukogome 品种中唯一一种利用有机物生长的品种,因此可以适应多种培养条件。
一、钕(Nd3+),镝 (Dy3+),铜 (Cu2+),铁 (Fe2+/3+),铝 (Al3+),钴2+),锰 (Mn2+),锌 (Zn2+),铬 (Cr3+),镍 (Ni2+) Nd3+,镝3+的培养条件。结果,检查的五种培养条件是(1)仅通过光合作用进行生长的光自养条件,(2)同时发生光合作用和有机物代谢的混合光条件,(3)仅在黑暗中代谢有机物的异养条件,以及(4)100 ⑤,Cu2+,ND3+,镝3+回收效率约为 70%(图 1)。 ⑤无氧条件下,Cu2+高效回收到细胞中,与30年前的研究结果一致。此外,在条件⑤下,尽管存在多种金属,但Nd3+和镝3+被高效地回收到细胞中(图2)。
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| 图1硫磺温泉红藻适应五种不同的培养条件硫磺藻 |
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| 图2硫磺藻有效地将低浓度的稀土和铜回收到细胞中。 |
接下来,在条件⑤下,将镧(La3+)3+,镝3+,拉3+) 和铜2+稀土和铜2+已被恢复。此外,我们发现通过将 pH 值降低至 10,稀土可以选择性地回收到细胞中(图 3)。
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| 图3在半厌氧异养条件下(⑤),通过将pH设置为1,可以仅将稀土高效地回收到细胞中。 |
作为阐明稀土回收机制的一步,上述四种元素在培养条件下得到了回收。硫磺藻中元素的累积状态时使用相差显微镜(图4),我们发现稀土和Cu2+的积累发生在细胞内部。
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图4在半厌氧异养条件下回收稀土和铜的细胞的茜素红染色(⑤) 茜素红溶液浸泡染色并清洗表面后,用相差显微镜观察 |
此外,硫磺藻条件下稀土和铜的回收效率时细胞在40℃时活性高,在4℃时活性低,以及死细胞无活性,我们发现4℃和死细胞时恢复效率显着下降。
生物吸附是细胞表面的一种反应,不需要生物活性,并且已知不受温度影响。硫磺藻在培养条件下,⑤通过与生物吸附不同的机制发生,并且生物活性是必需的(图5)。
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图 5。半厌氧异养条件下稀土和铜的回收 (⑤) 仅发生在高度活跃的细胞中。 (图中部分结果因轻微测量误差而超过100%回收率) |
总结一下这次的结果,
(1) 生活在硫酸温泉中的红藻硫磺藻发现在一定条件下,酸性溶液中低浓度的稀土可以高效地回收到细胞中,并且通过改变培养条件和pH值可以增加对稀土的选择性。
(2) 硫磺藻研究表明,回收稀土的机制与之前提出的生物吸附机制不同。
该研究成果将促进开发一种从含有低浓度稀土的酸性金属废液中高效回收稀土的新技术。
将来硫磺藻通过进一步阐明稀土在电池中富集的机理并优化条件,有望为构建高效、经济的稀土回收技术做出贡献。