Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare, i samarbete med Pennsylvania State University (PSU) och Idaho National Laboratory (INL), har utformat en ny process, baserat på ett naturligt förekommande protein, som skulle kunna extrahera och rena sällsynta jordartsmetaller (REE) från lågvärdiga källor. Det skulle kunna erbjuda en ny väg mot en mer diversifierad och hållbar REE-sektor för USA.

Proteinet, Lanmodulin, möjliggör en ettstegsextraktion och rening av REE från komplexa metallblandningar, inklusive elektroniskt avfall och kolbiprodukter.

"Lanmodulin har flera unika och spännande egenskaper. Vi blev alla förvånade över att upptäcka att ett naturligt protein kan vara så effektivt för metallextraktion. Jag har arbetat med många molekyler för metallrening men den här är verkligen speciell, " sa LLNL-forskaren Gauthier Deblonde, huvudförfattare till en artikel om denna forskning som visas i Oorganisk kemi . "Detta protein är den mest REE-selektiva makromolekylen som har karakteriserats hittills och kan tolerera industriellt relevanta förhållanden som lågt pH, hög temperatur och molära mängder av konkurrerande joner."

REEs är avgörande för amerikansk konkurrenskraft inom ren energiindustrin eftersom de används i många enheter som är viktiga för en högteknologisk ekonomi och nationell säkerhet, inklusive datorkomponenter, magneter med hög effekt, vindturbiner, mobiltelefoner, solpaneler, supraledare, hybrid-/elfordonsbatterier, LCD-skärmar, nattsynsglasögon och inställbara mikrovågsresonatorer.

Hittills, de kemiska processerna för att utvinna och rena REE är komplexa och skadliga för miljön. Utvinning eller återvinning av REE från nya källor, som elektroniskt avfall och kolbiprodukter, när du använder naturliga produkter, som Lanmodulin, kan vara spelförändrande.

"Att utnyttja biomolekyler för metallextraktionsteknik är tilltalande eftersom de flesta biokemiska processer sker med kvantitativa utbyten, snabb kinetik och hög selektivitet och trohet, " Deblonde sade. "Vårt arbete visar också att bio-sourced makromolekyler kan överträffa konstgjorda kelatorer (små syntetiska molekyler som binder mycket hårt till metalljoner) och kan komma att förändra de för närvarande mycket begränsade och icke-hållbara metoderna som används för REE extraktion och rening."

Under 2018, lanmodulin producerat av vissa bakterier isolerades och karakteriserades av professor Joseph Cotruvos team vid PSU. Det är den enda kända makrokelatorn som naturligt har utvecklats för att reversibelt binda REE-joner. Klassiska makromolekyler binder element som järn eller kalcium, men sekvestera inte REEs selektivt. LLNL- och PSU-teamen undersökte lanmodulins lösningskemi och potentiell användning för industriorienterade applikationer. Deras arbete ger direkta bevis för att lanmodulin bildar mycket stabila och vattenlösliga komplex över lantanidserien samtidigt som det uppvisar minimal affinitet för de flesta icke-REE.

Ytterligare, proteinet möjliggör en kvantitativ och selektiv utvinning i ett steg av REE från elektroniskt avfall och förbränningskol, något de andra kemiska extraktionsmetoderna inte gör.