Редкоземельные материалы являются «горячей» темой для многих стран, а украинские власти даже подписали соглашение по редкоземельным элементам, условия которого напоминают потерю суверенитета . Тем временем ученые предложили новый, более доступный способ очистки таких минералов. В этом процессе будут участвовать биологические вирусы.
Хотя редкоземельные элементы не являются редкими, такое название они получили из-за огромной сложности их извлечения и очистки из горных пород. Эти элементы обычно не образуют значительных концентраций, к тому же редкоземельные элементы расположены очень близко друг к другу, что вызывает большие трудности при их разделении. Для этого требуется большая и грязная инфраструктура, способная перерабатывать породу с низкой концентрацией нужных минералов.
Существуют потенциально более эффективные подходы к извлечению таких элементов. Один из них предполагает использование бактериофага, генетически модифицированного таким образом, что он может прикрепляться к конкретным редкоземельным элементам и выделять их из породы в раствор в зависимости от температурных условий.
Основная научная статья по этой технологии, опубликованная в журнале Nano Letters, недоступна без платной подписки, но дополнительный информационный PDF-файл содержит некоторые технические подробности. Вы также можете обратиться к предыдущей статье, опубликованной в журнале Nano Letters в 2024 году командой под руководством Инсок Че, полный текст которой доступен в формате PDF. В этой публикации авторы описывают механизм связывания, основанный на лантанид-связывающем пептиде, адаптированном из бактерии Mmethylobacterium extorquens.
В новом исследовании к этой системе был добавлен эластиноподобный пептид с термочувствительными свойствами. Это позволяет инициировать коацервацию после пребывания фагов в водном растворе, содержащем редкоземельные элементы, в течение определенного времени. Полученная суспензия существенно упрощает отделение фагов от собранных ионов редкоземельных элементов. Затем фаги можно повторно использовать в следующем цикле. Процесс создания новых модифицированных фагов также не представляет сложности, поскольку, как показано в публикациях, их размножение осуществляется путем заражения бактерий Escherichia coli.
Остается открытым вопрос, являются ли скорость извлечения и масштабируемость этого подхода экономически целесообразными для промышленного извлечения редкоземельных элементов. В то же время этот метод является еще одним ярким примером использования существующих биологических механизмов для решения новых технологических задач.
Редкоземельные элементы представляют собой группу из семнадцати химических элементов, в которую входят пятнадцать лантаноидов, а также скандий и иттрий. Несмотря на название, эти элементы не являются исключительной редкостью в земной коре, но в концентрированных месторождениях они обычно не встречаются. К редкоземельным элементам относятся, в частности, неодим, празеодим, диспрозий, тербий, европий, лантан, церий и другие. Они обладают уникальными магнитными, оптическими, электронными и каталитическими свойствами, что делает их критически важными для современных технологий.
Редкоземельные элементы широко используются в производстве постоянных магнитов для электродвигателей, ветряных турбин и электромобилей, в дисплеях, лазерах, светодиодах, аккумуляторах, медицинском оборудовании, а также в военной и аэрокосмической промышленности. Они являются ключевыми компонентами смартфонов, компьютеров, жестких дисков, оптических волокон и систем связи. Ввиду стратегической важности этих материалов их поставки напрямую влияют на развитие высокотехнологичных производств и национальную безопасность многих стран.
Классические методы получения редкоземельных материалов включают добычу полезных ископаемых, дробление руды, а также сложные химико-металлургические процессы, включающие кислотное выщелачивание, экстракцию растворителями и многоступенчатое разделение элементов. Основная трудность состоит в том, что редкоземельные элементы имеют очень схожие химические свойства, что затрудняет их эффективное разделение друг от друга. Кроме того, эти процессы требуют значительного количества токсичных реагентов, генерируют большое количество отходов и часто сопровождаются загрязнением почвы, воды и воздуха. Именно поэтому традиционные методы считаются не только технологически сложными, но и экологически опасными, что стимулирует поиск альтернативных, более устойчивых подходов к добыче редкоземельных элементов.
