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美国德克萨斯大学奥斯汀分校研究团队开发出一种更为高效且更环保的稀土元素提取方法，有望缓解日益紧张的全球供应局势，并减少对高价进口的依赖。这项技术能够从以往难以利用或效率较低的原料中分离和收集稀土元素，为全球贸易紧张下的稀土供应提供潜在解决方案。
研究团队工程师仿照自然生物膜蛋白的选择性输运机制，设计出人造膜通道，通过对结构的精准调控，仅允许特定属性的离子通过。这项“人工通道”采用了经过改良的支柱芳烃结构，实现对某些常见离子的屏蔽，并能够高效传输如铕（Eu³⁺）、铽（Tb³⁺）等中类稀土元素，同时排除钾、钠、钙等其他离子。此类高选择性的机制在生物体内广泛存在，是诸多生命活动（例如大脑的信息处理）的基础。
稀土元素分为轻、中、重三类，彼此在应用端具有显著差异。其中中类元素广泛应用于照明、显示、风力发电机及电动车电池领域。美国能源部和欧盟委员会将铕、铽等中类稀土元素列为高风险关键原材料，预计到2035年市场需求将增长超过2600%，因此寻找可持续提取和回收方案迫在眉睫。
实验中，人造通道对铕的传输选择性远超现有溶剂萃取法，对铕与镧（轻稀土）之间的选择性提升了40倍，对铕与镱（重稀土）之间提升了30倍。这种高效选择性归因于稀土离子与通道之间水分子的独特介导作用，使其能依据水合作用的差异进行精准识别。
研究团队已在该领域投入超过五年时间，并计划将这项技术集成至可扩展的工业膜分离系统，并支持多种关键金属（如锂、钴、镓和镍）的筛选收集。总负责人Manish Kumar教授表示，这一成果标志着向仿生分离技术的产业化迈出了重要一步，将极大提升离子分离纯度和能效，为相关产业带来变革性影响。
编译自/ScitechDaily
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