E-affaldsspisende protein skaber sjældne jordarter

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere, i samarbejde med Pennsylvania State University (PSU) og Idaho National Laboratory (INL), har designet en ny proces, baseret på et naturligt forekommende protein, der kunne udvinde og rense sjældne jordarters elementer (REE) fra lavkvalitetskilder. Det kunne tilbyde en ny vej mod en mere diversificeret og bæredygtig REE-sektor for USA.

Proteinet, lanmodulin, muliggør en et-trins ekstraktion og oprensning af REE'er fra komplekse metalblandinger, herunder elektronisk affald og kulbiprodukter.

"Lanmodulin har flere unikke og spændende egenskaber. Vi blev alle forbløffet over at opdage, at et naturligt protein kan være så effektivt til metalekstraktion. Jeg har arbejdet på mange molekyler til metaloprensning, men det her er virkelig specielt, " sagde LLNL-forsker Gauthier Deblonde, hovedforfatter til et papir om denne forskning, der vises i Uorganisk kemi . "Dette protein er det mest REE-selektive makromolekyle karakteriseret til dato og er i stand til at tolerere industrielt relevante forhold såsom lav pH, høj temperatur og molære mængder af konkurrerende ioner."

REE'er er afgørende for amerikansk konkurrenceevne i ren energiindustrien, fordi de bruges i mange enheder, der er vigtige for en højteknologisk økonomi og national sikkerhed, inklusive computerkomponenter, højeffekt magneter, vindturbine, mobiltelefoner, solpaneler, superledere, hybrid-/elbilbatterier, LCD skærme, nattesynsbriller og indstillelige mikrobølgeresonatorer.

Til dato, de kemiske processer til at udvinde og rense REE'er er komplekse og skadelige for miljøet. Udvinding eller genbrug af REE fra nye kilder, som elektronisk affald og kulbiprodukter, mens du bruger naturlige produkter, som Lanmodulin, kunne være spilskiftende.

"At udnytte biomolekyler til metalekstraktionsteknologier er tiltalende, da de fleste biokemiske processer forekommer med kvantitative udbytter, hurtig kinetik og høj selektivitet og pålidelighed, "Deblonde sagde. "Vores arbejde viser også, at bio-sourcede makromolekyler kan udkonkurrere menneskeskabte chelatorer (små syntetiske molekyler, der binder meget tæt til metalioner) og kan bringe et skift til de i øjeblikket stærkt begrænsede og ikke-bæredygtige metoder, der bruges til REE udvinding og rensning."

I 2018, lanmodulin produceret af visse bakterier blev isoleret og karakteriseret af professor Joseph Cotruvos team ved PSU. Det er den eneste kendte makrochelator, der naturligt har udviklet sig til reversibelt at binde REE-ioner. Klassiske makromolekyler binder elementer som jern eller calcium, men sekvestrer ikke REE'er selektivt. LLNL- og PSU-holdene undersøgte lanmodulins løsningskemi og potentielle anvendelse til industriorienterede applikationer. Deres arbejde tilbyder direkte beviser for, at lanmodulin danner meget stabile og vandopløselige komplekser på tværs af lanthanid-serien, mens de udviser minimal affinitet for de fleste ikke-REE'er.

Yderligere, proteinet giver mulighed for en et-trins kvantitativ og selektiv udvinding af REE'er fra elektronisk affald og præ-forbrændingskul, noget de andre kemiske ekstraktionsmetoder ikke gør.