Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) onderzoekers, in samenwerking met Pennsylvania State University (PSU) en Idaho National Laboratory (INL), een nieuw proces hebben ontworpen, op basis van een natuurlijk voorkomend eiwit, die zeldzame aardelementen (REE) zouden kunnen extraheren en zuiveren uit laagwaardige bronnen. Het zou een nieuwe weg kunnen bieden naar een meer gediversifieerde en duurzame REE-sector voor de Verenigde Staten.

het eiwit, lanmoduline, maakt een eenstapsextractie en zuivering van REE's uit complexe metaalmengsels mogelijk, inclusief elektronisch afval en bijproducten van kolen.

"Lanmodulin heeft verschillende unieke en opwindende eigenschappen. We waren allemaal verbaasd toen we ontdekten dat een natuurlijk eiwit zo efficiënt kan zijn voor metaalextractie. Ik heb aan veel moleculen voor metaalzuivering gewerkt, maar deze is echt speciaal, " zei LLNL-onderzoeker Gauthier Deblonde, hoofdauteur van een artikel over dit onderzoek dat verschijnt in Anorganische scheikunde . "Dit eiwit is het meest REE-selectieve macromolecuul dat tot nu toe is gekarakteriseerd en is in staat om industrieel relevante omstandigheden zoals lage pH, hoge temperatuur en molaire hoeveelheden concurrerende ionen."

REE's zijn essentieel voor het Amerikaanse concurrentievermogen in de schone energie-industrie omdat ze worden gebruikt in veel apparaten die belangrijk zijn voor een hightech economie en nationale veiligheid, inclusief computercomponenten, krachtige magneten, windturbines, mobieltjes, zonnepanelen, supergeleiders, hybride/elektrische voertuigbatterijen, LCD-schermen, nachtkijkers en afstembare microgolfresonatoren.

Daten, de chemische processen om REE's te extraheren en te zuiveren zijn complex en schadelijk voor het milieu. Het extraheren of recyclen van REE uit nieuwe bronnen, zoals elektronisch afval en bijproducten van kolen, bij het gebruik van natuurlijke producten, zoals lanmoduline, spelveranderend kunnen zijn.

"Het gebruik van biomoleculen voor metaalextractietechnologieën is aantrekkelijk omdat de meeste biochemische processen plaatsvinden met kwantitatieve opbrengsten, snelle kinetiek en hoge selectiviteit en betrouwbaarheid, "Zei Deblonde. "Ons werk toont ook aan dat macromoleculen van biologische oorsprong beter kunnen presteren dan door de mens gemaakte chelatoren (kleine synthetische moleculen die zeer stevig aan metaalionen binden) en een verschuiving kunnen veroorzaken naar de momenteel zeer beperkte en niet-duurzame methoden die worden gebruikt voor REE extractie en zuivering."

in 2018, lanmoduline geproduceerd door bepaalde bacteriën werd geïsoleerd en gekarakteriseerd door het team van professor Joseph Cotruvo bij PSU. Het is de enige bekende macrochelator die van nature is geëvolueerd om REE-ionen reversibel te scheiden. Klassieke macromoleculen sekwestreren elementen zoals ijzer of calcium, maar sekwester REE's niet selectief. De LLNL- en PSU-teams onderzochten de oplossingschemie van lanmodulin en het mogelijke gebruik voor industriegerichte toepassingen. Hun werk biedt direct bewijs dat lanmoduline zeer stabiele en in water oplosbare complexen vormt in de lanthanidereeks, terwijl het minimale affiniteit vertoont voor de meeste niet-REE's.

Verder, het eiwit zorgt voor een kwantitatieve en selectieve extractie van REE's in één stap uit elektronisch afval en voorverbrandingskool, iets wat de andere chemische extractiemethoden niet doen.