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绿色又环保的稀土元素分离“妙招”

时间:2016-07-02 14:31 点击:

      稀土元素的分离向来是工业难题,花费大且污染重。近期哈佛大学SEAS研发了一种利用细菌分离稀土的方法,效率高花费少且没有污染。

      稀土金属,是位于周期表底端的17种化学性质相似的元素,其身影从手机到电动汽车几乎遍布了科技产品的每一个角落。这些元素彼此之间非常相似,所以分离他们是一个费时费钱又危险的过程。处理1吨的稀土会产生2000吨有毒废弃物。现在,来自哈佛约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究者可能已经找到了一种清洁的方法来处理稀土金属。

      SEAS材料学教授David Clarke和他的研究生William Bonificio已经研发了一种用细菌过滤器和高于盐酸pH值的溶液来分离稀土的方法。

      “如果你能分离稀土元素,那它们将非常完美。”Clarke说,“但这仅仅就是"如果"罢了,因为谁能将几乎同大小又同价态的离子分离开呢?”

      目前的稀土分离方法包括了上百个步骤和大量的危险化学物质。Clarke和Bonifico从细菌的生存环境获得灵感。生物滤池已经被用在废水中有毒物质的生物吸附和矿井排水系统中过滤金属。近年的研究表明,一些稀土元素可以被生物吸附,但是Clarke和Bonifico怀疑是否所有的稀土元素都可以被细菌过滤掉。

      他们在一个试验过滤器上固定海藻中提取的一种细菌,用它来过滤混合了稀土元素(已知为镧系元素)的溶液。当溶液经过时,细菌会吸附—从溶液中分离并固定在表面。细菌将所有流经的稀土元素从溶液中分离出来并固定在表面。之后,研究人员用不同pH值的溶液流过过滤器。每个连续pH值的溶液冲洗,不同的稀土元素会被分离。研究者发现诸如铕、镨等轻的镧系元素,在高pH值溶液洗涤时会解吸附;而铥、镥、镱等重的镧系元素,在低pH值溶液中会解吸附。同时,他们也发现如果只想分离最重的金属如铥,他们只需在低pH值溶液条件下,即可阻碍细菌吸收轻稀土元素的受体。

      Bonificio说:“我们发现,只需两次过滤,同浓度的三种最重的镧系元素,每种就能被过滤掉50%。这秒杀了现有的工业过滤手段。”Clarke认为:“这是一种全新的完全不同的分离方式。我们有机会利用细菌表面化学的多样性,采用一种对环境无害的方式,分离和回收这些贵重的金属。”