Gewinnung Seltener Erden aus hochverdünnten Lösungen M. Heilmann*, W. Jurkowski#, A. Becker*, T. Brück#, R. Buchholz*

*Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik; #Technische Universität München, Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie

Ziel des Projektes Das Ziel dieses Projektes war es, ein innovatives Sorptionsverfahren auf Basis phototropher Organismen zur Gewinnung von Seltenen Erden (SE) und anderer Wertmetalle aus alternativen Quellen zu entwickeln. Der Prozess sollte eine umweltfreundliche Alternative zu den kon-ventionellen Methoden darstellen und für hochverdünnte Lösungen der SE bzw. der Metalle geeignet sein.

Biosorption von SE und anderen Metallen Adsorptionsisothermen

Screening

Zusammenfassung - SE können über Biosorption von phototrophen

Organismen aufgenommen werden.

- P. patens, C. brevissima und C. kessleri wurden als mögliche Biosorbens für das Verfahren identifiziert.

- Hohe Affinität von Neodym und Gold zur Biomasse der ausgesuchten Spezies im Vergleich zu Eisen, Kupfer und Nickel deutet auf eine selektive Bindung der Wertmetalle in Gegenwart der Störstoffe.

- Es konnten SE-bindende Polysaccharide aus den besten Biosorbentien isoliert und spektroskopisch charakterisiert werden.

Das Verfahren zeigte hohes Potenzial für die Gewinnung von SE und weiteren Wertmetallen, wie z.B. Gold, und sollte in der Zukunft weiterverfolgt werden.

Inkubation von lyophilisierter und gewaschener (H2OR) Algenbiomasse (5 - 10 mg) mit Nd3+ (0,5 - 5,5 mM) für 5 h bei pH 5 und RT. Messung via UV/Vis-Assay nach Zentrifugation (10 min, 10.000*g) im Überstand (n = 3).

Screening diverser biologischer Spezies auf maximale Sorptionskapazität bezüglich Neodym und Europium nach Kultivierung in deren jeweiligem Standardmedium. Inkubation der Biotrockenmasse (10 – 60 mg) in wässriger Nd3+/Eu3+-Lösung (10 mM, 2 ml) bei RT (24 h), Analytik via XO-Assay, (n = 3).

Chromatogramm eines Rohextraktes aus C. brevissima mit fraktioneller Spektroskopie, getrennt über Superdex-75 10/300 GL. Probenvolumen: 500 µL, F=0.5 mL min-1, 10°C. Alle Anregungsspektren aufgenommen für 545 nm Emission. Die metallbindenden Fraktionen sind blau gekennzeichnet. Diese wurden nach Enzymatischem und Chemischem Verdau als Polysaccharide identifiziert.

Isolierung der SE-bindenden Biomassebestandteile

Sorptionskapazität (Qeq) bezüglich verschiedener Elemente bei sonst gleichen Bedingungen wie im Screening (10 mM, 2 ml, 24 h, RT, XO-Assay (Nd, Eu, Ni, Pb) bzw. ICP-AES (Au, Fe, Cu), (n = 3).

- Neben Pb höchste Qeq für Nd und Au

- Qeq für Fe, Cu und Ni < Qeq für Au und Nd

- unterschiedliche Bindungsaffinitäten → selektive Bindung möglich!

- P. patens zeigte hohe Qeq für Nd bereits < 0,5 mM Nd

- Steile isotherme für C. brevissima < 0,5 mM Nd

- Biosorption aus verdünnten Lösungen möglich!

SE-bindende Polysaccharide

besten Kandidaten für das Verfahren