Добавить новость
smi24.net
News in English
Июнь
2023

Protein helps separate rare earths more efficiently than new tech

0

Penn State University scientists have discovered a new mechanism by which bacteria can select between different rare earth elements, using the ability of a bacterial protein to bind to another unit of itself, or “dimerize,” when it is bound to certain rare earths, but prefer to remain a single unit, or “monomer,” when bound to others.

By figuring out how this molecular handshake works at the atomic level, the researchers have found a way to separate these similar metals from one another quickly, efficiently, and under normal room temperature conditions. In their view, this strategy could lead to more efficient, greener mining and recycling practices for the entire tech sector.

“Biology manages to differentiate rare earths from all the other metals out there—and now, we can see how it even differentiates between the rare earths it finds useful and the ones it doesn’t,” Joseph Cotruvo Jr., lead author of the Nature paper about the discovery, said in a media statement. “We’re showing how we can adapt these approaches for rare earth recovery and separation.”

Cotruvo explained that rare earth elements, which include lanthanide metals, are in fact relatively abundant but they are dispersed.

“If you can harvest rare earths from devices that we already have, then we may not be so reliant on mining it in the first place,” Cotruvo said.

Mining and recycling

The issue is that regardless of source, the challenge of separating one rare earth from another to get a pure substance remains.

“Whether you are mining the metals from rock or from devices, you are still going to need to perform the separation. Our method, in theory, is applicable for any way in which rare earths are harvested,” he said.

Conventional rare earth separation practices require using large amounts of toxic chemicals like kerosene and phosphonates, similar to chemicals that are commonly used in insecticides, herbicides and flame retardants. The separation process requires dozens or even hundreds of steps, using these highly toxic chemicals, to achieve high-purity individual rare earth oxides.

“There is getting them out of the rock, which is one part of the problem, but one for which many solutions exist,” Cotruvo said. “But you run into a second problem once they are out because you need to separate multiple rare earths from one another. This is the biggest and most interesting challenge, discriminating between the individual rare earths because they are so alike. We’ve taken a natural protein, which we call lanmodulin or LanM, and engineered it to do just that.”

Bring in the bugs

Cotruvo and his lab turned to nature to find an alternative to the conventional solvent-based separation process, because biology has already been harvesting and harnessing the power of rare earths for millennia, especially in a class of bacteria called “methylotrophs” that often are found on plant leaves and in soil and water and play an important role in how carbon moves through the environment.

Six years ago, the lab isolated lanmodulin from one of these bacteria, and showed that it was unmatched—over 100 million times better—in its ability to bind lanthanides over common metals like calcium. Through subsequent work, they showed that it was able to purify rare earths as a group from dozens of other metals in mixtures that were too complex for traditional rare earth extraction methods. However, the protein was less good at discriminating between the individual rare earths.

Cotruvo explained that for the new study, the team identified hundreds of other natural proteins that looked roughly like the first lanmodulin but homed in on one that was different enough—70% different—that they suspected it would have some distinct properties. This protein is found naturally in a bacterium (Hansschlegelia quercus) isolated from English oak buds.

The researchers found that the lanmodulin from this bacterium exhibited strong capabilities to differentiate between rare earths. Their studies indicated that this differentiation came from the ability of the protein to dimerize and perform a kind of handshake. When the protein binds one of the lighter lanthanides, like neodymium, the handshake (dimer) is strong. By contrast, when the protein binds to a heavier lanthanide, like dysprosium, the handshake is much weaker, such that the protein favours the monomer form.

“This was surprising because these metals are very similar in size,” Cotruvo said. “This protein has the ability to differentiate at a scale that is unimaginable to most of us—a few trillionths of a meter, a difference that is less than a tenth of the diameter of an atom.”

To visualize the process at such a small scale, the researchers used X-ray crystallography, which allows for high-resolution molecular imaging.

They determined that the protein’s ability to dimerize dependent on the lanthanide to which it was bound came down to a single amino acid—1% of the whole protein—that occupied a different position with lanthanum (which, like neodymium, is a light lanthanide) than with dysprosium.

Because this amino acid is part of a network of interconnected amino acids at the interface with the other monomer, this shift altered how the two protein units interacted. When an amino acid that is a key player in this network was removed, the protein was much less sensitive to rare earth identity and size. The findings revealed a new, natural principle for fine-tuning rare earth separations, based on the propagation of miniscule differences at the rare earth binding site to the dimer interface.

Using this knowledge, collaborators at the Lawrence Livermore National Laboratory showed that the protein could be tethered to small beads in a column and that it could separate the most important components of permanent magnets, neodymium and dysprosium, in a single step, at room temperature and without any organic solvents.

Cotruvo believes that the concept of binding rare earths at a molecular interface, such that dimerization is dependent on the exact size of the metal ion, can be a powerful approach for accomplishing challenging separations.

“This is the tip of the iceberg,” he said. “With further optimization of this phenomenon, the toughest problem of all—efficient separation of rare earths that are right next to each other on the periodic table—may be within reach.”








На пенсии отоспишься. 13 идей для ночного досуга в Москве — от тенниса до парилки

Как хранили продукты до изобретения холодильника: 5 способов

Антиармянские публикации в российском научном журнале «Современная научная мысль»: расследование фонда «Гегард»

«Прошли два удара»: Гребенщиков рассказал свою версию драки с Пирцхалавой


3 Terrifying Horror Series To Watch Ahead Of HBO’s ‘It: Welcome to Derry’

AI talent comes at a 30% salary premium: ‘If you try to play catch up later, this is going to cost you even more’

Report: Liverpool decision hands advantage to Man United in midfielder pursuit

Palestinian envoy urges action at UN: “History will judge us all”


Платформа «DатаРу Облако» аттестована для работы с государственными данными и информацией повышенной категории

В Орле на территории детского сада уничтожили осиное гнездо

Стражи курортов

Персиковые дожди Колымы...


Modders are trying their hardest to add an NVMe SSD to the Switch 2, which is both impressive and something I'm not going to do

The US Air Force wants to test blowing up Cybertrucks because 'it is likely the type of vehicles used by the enemy may transition to Tesla Cyber trucks'

Открыты сервера MMORPG ROM: Golden Age

New study shows that Gen Z is spending way less money on videogames than older gamers


Овочі можусть стати розкішшю для українців


Платформа «DатаРу Облако» аттестована для работы с государственными данными и информацией повышенной категории

Директор Росгвардии Герой России генерал армии Виктор Золотов принял участие в заседании Национального антитеррористического комитета

Клинический психолог Юлия Тарибо: психологические последствия удаленной работы и способы их преодоления

Nexign Interconnect получила сертификат совместимости с российской Java-платформой Axiom JDK


Собянин объявил об открытии новой детской поликлиники в районе Крюково

Канадец заявил, что в России вновь открыл для себя радость от игры в хоккей

Грачья Погосян: достойный пример гуманизма и патриотизма (к 55-летию известного благотворителя)

Семейное приключение на «Кораблике Детского радио»


Орловская область планирует войти в число национальных туристических маршрутов с проектом «Бирюзовое кольцо России»

Загадочная история димитровградского лихача

щщщщщщщщщщщщук мана эрех и хояр пар такси па до сельпо

«Такие знания удивляют даже взрослых»: 13-летний фанат трамваев из Волгограда набирает популярность в социальных сетях (Обновлено!)


Самсонова уступила 125-й ракетке мира во втором раунде турнира в Цинциннати

Зверев пробился в третий раунд турнира "Мастерс" в Цинциннати

Павлюченкова уступила 94-й ракетке мира на турнире WTA в Цинциннати

Синнер пробился в четвертый раунд турнира "Мастерс" в Цинциннати


Загадочная история димитровградского лихача

может завтра завтрак приходите завтра чн

Производство готового проката в РФ в июле снизилось на 1,4% год к году

Аэропорты Ижевска и Нижнекамска возобновили работу после экстренного перенаправления трех рейсов


Музыкальные новости

Миллионные долги и разбитые партнерства: судебные баталии Аллы Пугачевой

Обиды на отца, алкоголизм, ссоры с Влади и дружба с Ефремовым: как живёт Никита Высоцкий

Ровно 50 лет назад не стало великого композитора Дмитрия Шостаковича, выступавшего в Воронеже

Кто бесплатно попадет на концерт Башмета в Ярославле


Nexign Interconnect получила сертификат совместимости с российской Java-платформой Axiom JDK

Клинический психолог Юлия Тарибо: психологические последствия удаленной работы и способы их преодоления

Платформа «DатаРу Облако» аттестована для работы с государственными данными и информацией повышенной категории

Директор Росгвардии Герой России генерал армии Виктор Золотов принял участие в заседании Национального антитеррористического комитета


"Начинаем привыкать". Бизнес и власти о том, как россиянам жить в эпоху интернет-блэкаутов

В Курске на улице Ленина восстановили фонтан возле памятника Георгию Свиридову

Новый рекорд: выдачи Сбера по льготным программам в июле составили 187,6 млрд руб. – Домклик

Дима Билан сплясал на крыше трактора в Ленинградской области


Выяснились детали смертельной аварии с участием 16-летних самокатчиков на западе Москвы

В Москве на видео попало, как подростка на электросамокате отбросило под автобус

Хуснуллин по видеосвязи поприветствовал участников автопробега БРИКС

Baza: Мотоциклист попал в ДТП в Москве из-за нарушившего ПДД водителя


Bloomberg: встреча Путина и Трампа означает победу России

В России объяснили скорую организацию встречи Путина и Трампа

Почему Трамп сказал, что едет в Россию, если встреча назначена в Аляске

Bloomberg: встреча Путина и Трампа сама по себе представляет победу Москвы




Главный врач клиники микрохирургии глаза АйМед Элина Санторо: что делать если лопнул сосуд в глазу

Подмосковный травматолог дал советы по выбору рюкзака для первоклассника

Здоровье Бориса Щербакова: обновленные сведения от научно-исследовательского центра имени Склифосовского

Клинический психолог Юлия Тарибо: психологические последствия удаленной работы и способы их преодоления


Политолог: Алиев пересек красную линию и столкнется с ответом Москвы

«Будет обмен землей»: Трамп поставил Зеленского на место, вызвав панику в Киеве


На пенсии отоспишься. 13 идей для ночного досуга в Москве — от тенниса до парилки

Международный чемпионат по алгоритмическому программированию «РуКод»

Соревнования по многоборью кинологов-росгвардейцев завершились в Грозном

«Лето в Москве» в Южном округе объединит спорт, искусство и технологии в ближайшие выходные


Лукашенко получил первую золотую монету из белорусского сырья


Собянин рассказал о строительстве нового путепровода на северо-востоке Москвы

Собянин оценил вклад проектов "Город героев" и "Герой моего района

Ивлеева предположила, что Трамп увидит метро Москвы и увезет Собянина в США

Собянин рассказал, как проект «Город героев» укрепляет связь времен и поколений


Орловская область планирует войти в число национальных туристических маршрутов с проектом «Бирюзовое кольцо России»

Что подготовили в павильонах «Музеона» в рамках форума «Москва 2030»

Хватит морщиться: ученые назвали пользу от участившихся московских ливней

Площадь возгорания на горе Куцай достигла 650 тысяч квадратных метров


Билайн увеличивает емкость сети более чем в 2 раза в Самарской области

Производство готового проката в РФ в июле снизилось на 1,4% год к году

щщщщщщщщщщщщук мана эрех и хояр пар такси па до сельпо

Аэропорты Ижевска и Нижнекамска возобновили работу после экстренного перенаправления трех рейсов


Пинежский заповедник в Архангельской области получит финансирование на создание новой инфраструктуры для научных и исследовательских работ

Орловская область планирует войти в число национальных туристических маршрутов с проектом «Бирюзовое кольцо России»

Заместитель прокурора Архангельской области и Ненецкого автономного округа Павел Матанцев проверил ход ремонтных работ в школе № 1 г. Нарьян-Мара

Сотрудниками полиции и Росгвардии задержан гражданин, причастный к поджогу релейного шкафа в Архангельской области


Прогноз погоды в Крыму на понедельник

Историко-краеведческая выставка «Древности земли крымской»

Прогноз погоды в Крыму на 12 августа

Прогноз погоды в Крыму на 11 августа


В Сирии захотели вернуть южные районы под контроль России

«Локомотив» будет настроен на победу. «Локомотив» — «Балтика»: прогноз и ставка

Нападающий «Динамо» Константин Тюкавин оценил новый CS75 PLUS на родине CHANGAN

Билайн увеличивает емкость сети более чем в 2 раза в Самарской области














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *