稀土元素：现代科技的关键，需求增长，价格昂贵，中国主导开采

稀土元素：现代科技的关键，需求增长，价格昂贵，中国主导开采

稀土元素 (REE) 是一组具有相似化学性质的 17 种金属元素。它们因在地壳中稀有存在而得名，浓度通常在 0.5 至 67 ppm 之间。这些元素在现代技术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、相机、磁铁和节能灯泡等产品。因此，过去几十年来对稀土的需求稳步增长，预计到 2030 年仍将持续增长。

由于稀土稀缺和需求量大，稀土价格相当昂贵。例如，一公斤氧化钕目前的价格约为 200 欧元（约合 214 美元），而氧化铽的价格则更高，约为 3,800 欧元（约合 4,073 美元）。目前，中国在稀土开采领域占据主导地位，对该行业拥有近乎垄断的控制权。然而，最近在瑞典基律纳发现了一个前景光明的新稀土矿床，估计储量超过 100 万吨，并于 2023 年 1 月成为头条新闻。

循环经济

从浪费的“线性”经济转向“循环”经济（所有资源都得到回收和再利用），其优势显而易见。但我们是否也能更有效地回收稀土元素？在《生物工程与生物技术前沿》中，德国科学家证明答案是肯定的：一些光合蓝藻可以有效地从采矿、冶金或电子废物回收废水中吸收稀土元素。然后可以将吸收的稀土元素从生物质中洗出并收集起来再利用。

不同来源的蓝藻菌株

生物吸附是一种代谢的被动过程，可快速且可逆地将水溶液中的离子与生物质结合。Brück 及其同事在实验室培养中测量了 12 种蓝藻菌株对稀土元素镧、铈、钕和铽的生物吸附潜力。其中大多数菌株此前从未被评估过其生物技术潜力。样品来自高度专业化的栖息地，如纳米比亚沙漠的干旱土壤、世界各地的地衣表面、乍得的泡碱湖、南非的岩石缝隙或瑞士的受污染溪流。

作者发现，一种未鉴定的新物种对水溶液中四种稀土离子的生物吸附能力最高，效率范围为 84.2 至 91.5 mg/g 生物质，而 fusae ( ) 的效率最低，范围为 15.5 至 21.2 mg/g。 fusae ( )、和一种未鉴定的新物种的吸附效率也很高。研究发现，生物吸附很大程度上取决于酸度：pH 值在 5 至 6 之间时生物吸附能力最高，在酸性更高的溶液中逐渐降低。当没有其他非稀土金属（如锌、铅、镍或铝）的正离子“竞争”生物吸附表面时，该过程效率最高。

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元素的生物吸附。“我们发现蓝藻具有出色的吸附性能，因为它们含有高浓度的带负电荷的糖基，这些糖基带有羰基和羧基。这些带负电荷的成分会吸引带正电荷的金属离子，例如稀土元素，并支持它们附着在生物质上，”慕尼黑工业大学的科学家和论文的第一作者说。

快速高效，未来应用潜力巨大

作者得出结论，即使稀土元素浓度较低，蓝藻也能对稀土元素进行生物吸附。这个过程也很快：例如，溶液中的大部分铈在反应开始后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，生物吸附提供了一种经济和生态优化的工艺，用于从采矿、稀释的工业废水中回收和再利用稀土金属，”慕尼黑工业大学教授 Brück 博士说。“我们优化了蓝藻生物质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。这些蓝藻可用于未来的环保工艺，用于同时回收稀土元素和处理工业废水，”该研究的作者 Brück 博士说。“随着未来几年对稀土的需求和市场价格可能大幅上涨，该系统有望在不久的将来变得具有经济可行性，”他预测道。