Scalable and Consolidated Microbial Platform for Rare Earth Element Leaching and Recovery from Waste Sources

浸出(土壤学) 可扩展性 环境科学 废物管理 稀土元素 稀土 化学 计算机科学 工程类 矿物学 土壤科学 数据库 土壤水分
作者
Nathan Good,Christina S. Kang-Yun,Morgan Z. Su,Alexa M. Zytnick,Colin Barber,Huong N. Vu,Joseph M. Grace,Nguyen Hoang Hai,Wenjun Zhang,Elizabeth Skovran,Maohong Fan,Dan Park,N. Cecilia Martínez-Gómez
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (1): 570-579 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c06775
摘要

Chemical methods for the extraction and refinement of technologically critical rare earth elements (REEs) are energy-intensive, hazardous, and environmentally destructive. Current biobased extraction systems rely on extremophilic organisms and generate many of the same detrimental effects as chemical methodologies. The mesophilic methylotrophic bacterium Methylobacterium extorquens AM1 was previously shown to grow using electronic waste by naturally acquiring REEs to power methanol metabolism. Here we show that growth using electronic waste as a sole REE source is scalable up to 10 L with consistent metal yields without the use of harsh acids or high temperatures. The addition of organic acids increases REE leaching in a nonspecific manner. REE-specific bioleaching can be engineered through the overproduction of REE-binding ligands (called lanthanophores) and pyrroloquinoline quinone. REE bioaccumulation increases with the leachate concentration and is highly specific. REEs are stored intracellularly in polyphosphate granules, and genetic engineering to eliminate exopolyphosphatase activity increases metal accumulation, confirming the link between phosphate metabolism and biological REE use. Finally, we report the innate ability of M. extorquens to grow using other complex REE sources, including pulverized smartphones, demonstrating the flexibility and potential for use as a recovery platform for these critical metals.
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