Китайские учёные сообщают о первом извлечении редкоземельных минералов из живого растения

Группа ученых под руководством Китая заявила, что обнаружила в папоротнике минерал естественного происхождения с редкоземельными элементами. Это первый в мире случай, который предлагает «зеленую циклическую модель» для извлечения ценных редкоземельных элементов, сообщают в организации, стоящей за исследованием.

Исследователи заявили, что обнаружение наноразмерного монацита в живом растении «открывает новые возможности для прямого получения функциональных материалов на основе редкоземельных элементов».

«Насколько нам известно, это самый ранний зарегистрированный случай кристаллизации редкоземельных элементов в минеральную фазу внутри гипераккумулятора», — заявили они.

«Эта работа обосновывает осуществимость фитодобычи и представляет инновационный подход на основе растений для устойчивой разработки ресурсов редкоземельных элементов», — написала группа в рецензируемом журнале Environmental Science & Technology в этом месяце.

В ходе этой работы исследователи из Института геохимии в Гуанчжоу при Китайской академии наук сотрудничали с ученым-геологом из отдела наук о Земле Политехнического университета Вирджинии (США).

Фитодобыча — это экологичный метод извлечения металлов из почвы с помощью так называемых растений-гипераккумуляторов. Эта малоизученная стратегия открывает потенциал для устойчивого снабжения редкоземельными металлами, заявила группа исследователей.

В статье ученые описали гипераккумуляторы как растения, способные концентрировать тяжелые металлы или металлоиды в своих тканях на уровнях, в сотни и тысячи раз превышающих уровни окружающей почвы.

«Используя эту замечательную способность, фитодобыча предполагает выращивание этих растений на богатых металлами почвах и извлечение целевых металлов из собранной биомассы. Эта стратегия снижает зависимость от традиционной добычи полезных ископаемых, одновременно снижая связанные с этим экологические и геополитические риски», — заявили они.

Монацит — фосфатный минерал, богатый редкоземельными элементами, включая церий, лантан и неодим.

Ученые заявили, что в то время как монацит обычно образуется под высоким давлением и при температуре в сотни градусов Цельсия, растения представляют собой альтернативу его минерализации в условиях окружающей среды на поверхности Земли.

Минерал имеет высокую температуру плавления, превосходную оптическую излучательную способность и исключительную устойчивость к коррозии, вызываемой расплавленным стеклом, и радиационным повреждениям.

По словам группы, его выдающиеся механические, физические и термические свойства делают его чрезвычайно подходящим для таких применений, как покрытия и диффузионные барьеры, люминофоры, лазеры и излучатели света, ионные проводники и матриц для обращения с радиоактивными отходами.

В ходе исследования ученые собрали образцы растений известного гипераккумулятора редкоземельных элементов — вечнозеленого папоротника Blechnum orientale — и почвы вокруг них.

Образцы были отобраны и доставлены из месторождений редкоземельных металлов в южнокитайском городе Гуанчжоу.

Анализ, проведённый учёными, показал, что редкоземельные элементы концентрируются в пальце, а затем в корневой системе и черешке листа. В условиях окружающей среды эти минералы кристаллизуются во внеклеточных тканях, что позволяет растениям предотвращать проникновение ненужных элементов в клетки и обеспечивать детоксикацию, говорится в статье.

Исследователи заявили, что образование монацита произошло в результате процесса, похожего на химический сад, в котором структуры, похожие на растительные, формируются, когда семя соли металла опускается в водный раствор, содержащий анионы, такие как силикат или фосфат.

Он также служит примером в химии самоорганизующегося неравновесного процесса, создающего сложные структуры.

«Это явление представляет собой недавно обнаруженный эффект химического сада в растении, обусловленный высокой локальной концентрацией солей металлов (редкоземельных элементов и фосфатов) в водной среде», — пишут они.

В своем заявлении в четверг Институт геохимии Гуанчжоу сообщил, что исследование предлагает «новый путь к устойчивому использованию редкоземельных ресурсов».

«Высаживая растения-гипераккумуляторы, можно извлекать из растений ценные редкоземельные элементы, одновременно очищая загрязненную почву и восстанавливая экологию хвостохранилищ редкоземельных элементов, тем самым реализуя зеленую циклическую модель «очистки и переработки одновременно»», — говорится в сообщении.

Источник: https://www.scmp.com/news/china/science/article/3332337/chinese-team-reports-first-recovery-rare-earth-minerals-living-plant?module=perpetual_scroll_0&pgtype=article