美国巴特尔开发蛋白稀土分离技术纯度超90%

美国巴特尔（Battelle）开发出一项基于蛋白质的稀土分离技术，有望为美国制造商提供一种减少处理环节的回收方案。该技术利用改造后的钙结合蛋白，可在单级处理中分离镧（lanthanum）和钕（neodymium），纯度与收率均超过90%。

稀土是电动汽车、风力涡轮机永磁体以及智能手机、国防装备、先进计算硬件的重要材料。由于多种稀土元素在常规化学分离中表现接近，分离加工成为矿物供应链中难度最高的环节之一。随着相关应用需求增长，美国一直在寻找减少关键矿产供应链脆弱性的办法，新的分离技术有助于扩大其国内加工选择，而不必完全依赖现有化学路线。

巴特尔研究团队将化学工程难题转到生物学轨道。他们设计了可在分子水平区分不同稀土元素的钙结合蛋白，并改造钙结合肽，使蛋白能够选择性地与特定稀土元素相互作用。该工艺因此不需要反复进行化学处理，混合物料流中的目标元素可由工程蛋白直接识别。

在模拟浸出液和工业原料的测试中，团队验证了该方法也能去除料流中的非稀土离子。以镧和钕为对象的单级分离试验中，纯度和收率均超过90%。

巴特尔研究负责人凯特·H·库查奇克（Kate H. Kucharzyk）博士认为，生物学可以拓宽矿物回收可选用的工具箱。她说：“生物学可能为分离与回收解决方案提供重要的新组成。工程蛋白能够以非凡的精度选择性识别和分离稀土元素。”

这项研究获得美国国防高级研究计划局（DARPA）“环境微生物作为生物工程资源”（Environmental Microbes as a Bioengineering Resource）计划资助。巴特尔方面表示，该蛋白质工艺具有向商业应用放大的潜力。

从实验室走向工业应用，工程挑战依然存在。大批量物料处理可能需要在蛋白质生产、回收和系统设计上作出较大改动。研究人员还需确认工程蛋白在不同原料和实际工况下的表现，工业矿物原料成分复杂，与受控实验室样品并不相同。

蛋白质在重复处理循环中的耐久性同样关键，任何商业系统都必须在控制运营成本的同时保持稳定的分离性能。这项示范工作展示了生物技术与矿物加工的一个交汇方向，工程蛋白最终可能为美国国内战略材料回收提供一种新的工具。