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美国国家能源技术实验室牵头研发稀土元素生物吸附反应器

来源:中国地质调查局 日期:2022-01-07 加入收藏
 
   美国国家能源技术实验室(NETL)正与劳伦斯利沃莫国家实验室(LLNL)、杜克大学和亚利桑那大学合作开发一种反应器,该反应器能够选择性地提取稀土元素,并且不会造成对周边环境的破坏。

  通过这项技术可以从煤炭的废弃物中提取稀土元素,稀土元素可以应用于能源、国防和医疗等各个行业,所生产的各类产品可以发挥重要功能。利用这些煤炭废弃物回收稀土元素的技术将继续在清洁能源领域发挥重要作用,并为煤炭产业区的工人们创造新的就业机会。美国能源部和国家能源技术实验室,以及其他国家实验室、学术界和其他行业的合作伙伴和参与方,正在致力于对这些资源进行开发以满足国内的市场需求,这些矿产资源是丰富的含碳矿石及其副产品。

  生物材料是一种很有发展前景的稀土元素吸附剂(生物吸附剂),因为这种材料价格低廉且供应充足,非常适合处理化学污染物(例如重金属污染物等),对稀土元素也具有很高的吸附选择性,并且可以和高密度金属结合使用。相比于其他一些以有毒酸性溶液为吸附剂的传统分离和回收方法,这些特性使得生物吸附剂能够以一种更为环保的方式实现对稀土元素的吸附。

  根据生物工程学的原理,美国国家能源技术实验室的研究人员开发出了具有稀土元素回收功能的持续性生物吸附反应器。这项工艺技术包括两个阶段的回收流程,能够选择性地提取钪元素,而残余的溶液通过第二个生物吸附柱,然后在生物吸附柱中完成对稀土元素和钇元素的提取。

  经过为期3年的现场工作方案(FWP)的实施,该项目成功开展了一些研究工作,确定了微生物(烟草节杆菌,Arthrobacter nicotianae)的最佳密封方法,并且最终在持续性反应器系统中采用了这种方法。在这些微珠中,微生物以一种物理方式被硅溶胶-凝胶聚合物微珠所捕获。已经开展的12次以上的循环测试都获得了成功,其中稀土元素的吸附能力没有下降,试验结果结合计算机建模的结果表明,劳伦斯利沃莫国家实验室开发的吸附柱在100多次的循环测试项目中可以重复使用,并且性能稳定。进一步的分析表明,这样的技术工艺具有较高的经济效益。

  美国国家能源技术实验室的项目经理Anthony Zinn解释道,“多年以来,国家能源技术实验室及其学术界、矿业界和能源部其他一些国家实验室的合作伙伴一直探索从含碳矿石中提取稀土元素的技术方法。现在,这项工作正朝着精炼和优化浓缩的技术工艺方向发展,既经济实用又环保。在全国范围内,美国能源部对此类项目提供了资助,我们对于保障可持续的国家能源供应做出了承诺,这些资助就是我们承诺的一种具体表现,随着拜登政府大力推进美国经济的碳减排,这一承诺只会变得越来越重要。”
 
 

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