新方法提高了提取分离稀土元素组17种元素的关键技术,如智能手机和电动汽车batteries-from非传统来源。
新的研究由宾夕法尼亚州立大学的科学家和劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)演示了如何从细菌分离蛋白可以提供一个更环保的方式来提取这些金属和其他金属和互相区分。方法可能最终会扩大帮助发展国内的稀土金属供应从工业废料和电子将被回收。
“为了满足日益增长的需求,稀土元素用于新兴清洁能源技术,我们需要解决供应链的几个挑战,”约瑟夫说Cotruvo Jr .)和路易Martarano助理教授职业发展宾夕法尼亚州立大学化学教授,宾夕法尼亚州立大学的中心的一员重要的矿物质,和共同通讯作者。“这包括提高效率和减轻环境负担这些金属的提取分离过程。在这项研究中,我们将演示一个有前途的新方法可以扩大使用天然蛋白质提取和分离稀土元素与低级的来源,包括工业废物。”
因为美国目前进口的稀土元素的需求,一个新的焦点放在建立一个从非传统来源国内供应,包括燃煤工业废料和其他矿业金属以及电子垃圾从手机和许多其他材料。亚博网站下载这些来源广阔但被认为是“低品位”,因为与其他金属和稀土混合稀土的含量太低对传统流程工作。此外,当前的方法提取分离依赖于严厉的化学物质,是劳动密集型的,有时涉及数以百计的步骤,产生大量的浪费,成本太高。
细菌蛋白质的新方法利用称为lanmodulin,先前研究小组发现的,这几乎是十亿倍绑定稀土元素比其他金属。有一篇描述过程在线发表于10月8日的日报ACS中央科学。亚博老虎机网登录
蛋白质首先固定到小珠子内张选举票垂直管常用于工业过程的液体原料添加。然后蛋白质结合稀土元素在示例中,只允许保留的稀土在列,剩下的液体排干。然后,通过改变条件,例如通过改变酸度或添加额外的成分,从蛋白质和金属解开可以排水和收集。通过仔细地改变序列的条件下,个人可以分离稀土元素。
“我们首先证明了方法是特别擅长分离稀土元素与其他金属,这是至关重要的在处理低品位资源,是金属的大杂烩,”Cotruvo说。“即使在一个非常复杂的解决方案,只有不到0.1%的金属很少earths-an极其低我们成功地提取,然后轻稀土的分离分组的分组重稀土元素在一个步骤。这种分离是一个重要的简化步骤,因为稀土分离成单个元素被纳入技术。”
研究小组分离钇钕(Y) (Nd)——主要稀土矿藏和丰富煤炭byproducts-with纯度大于99%。他们还分开钕镝(Dy)——至关重要的配对中常见的电子废料和纯度大于99.9%只是一个或两个周期,根据最初的金属组成。
“恢复钕和镝的高纯度与其他分离方法,完成尽可能多的或更少的步骤不使用严厉的有机溶剂,”LLNL博士后研究员Ziye盾说,这项研究的第一作者。“因为蛋白质能够用于多种周期,它提供了一个有吸引力的环保替代目前使用的方法。”
研究者不认为他们的方法必然会取代当前的液液萃取过程,通常被用于大批量生产高档轻稀土元素的来源。相反,它将允许有效地使用低级的来源,尤其是罕见的提取分离,通常更有价值的重稀土。
“最近其他方法能够提取稀土元素从低级的来源,但他们通常停留在一个“总”的产品,所有的稀土资源集中在一起,有相对较少的价值,然后需要注入更多的常规方案进一步净化个体的稀土元素,”Dan公园,说工作人员研究的科学家在LLNL和共同通讯作者。“个人的价值是在生产稀土,特别是更重的元素。”
“我们的过程是特别方便,因为这些高价值金属可以净化列第一,”Cotruvo补充道。
研究人员计划优化方法获得highest-purity所需的周期就越少产品,所以它可以扩大工业使用。
“如果我们能工程师衍生品lanmodulin蛋白质的选择性更多的特定元素,我们可以恢复和单独的17个稀土元素相对较少的步骤,即使从最复杂的混合物,和没有任何有机溶剂或有毒化学物质,这将是一个非常大的交易,”Cotruvo说。“我们的工作表明,这个目标应该是可以实现的。”
除了Cotruvo、盾和公园,宾夕法尼亚州立大学研究小组包括约瑟夫犁,Gauthier Deblonde和焦Yongqin劳伦斯利弗莫尔国家实验室,和德宏胡锦涛在太平洋西北国家实验室。这项工作是支持的关键材料研究所,一个能源创新中心由美国能源部资助,和美国能源部科亚博网站下载学办公室。亚博老虎机网登录
来源:https://www.psu.edu/