手机屏幕、新能源汽车电池、风力发电机……这些高科技产品都离不开稀土元素（REEs）。但稀土资源“贫矿多、富矿少”，工业废水中的稀土浓度常低至“微克级”（相当于1吨水里溶解1粒盐），传统回收方法要么“成本高如黄金”（化学沉淀法每吨水成本超200元），要么“污染大如废水”（有机溶剂萃取法产生有毒废液）。近日，韩国首尔大学与印度理工学院联合团队在《Frontiers of Environmental Science & Engineering》发表研究，研发出一种基于壳聚糖（来自虾蟹壳）和明胶（动物胶原）的生物聚合物吸附剂——CS-EDTA-GL，它像“精准捕手”一样专抓稀土元素，吸附容量超传统材料3倍，还能循环使用20次，为低浓度稀土回收提供了环保又经济的新方案。

稀土回收的“老大难”：低浓度、难分离、不环保

稀土元素被誉为“工业维生素”，17种镧系元素+钪、钇，是芯片、新能源电池、精密仪器的核心材料。但全球90%的稀土依赖开采，而工业废水、尾矿中散落的低浓度稀土（浓度0.1-10 mg/L）却因“回收难”被白白浪费——传统方法要么“抓不住”（低浓度下吸附效率低），要么“分不清”（稀土元素化学性质相似，分离纯度不足），要么“不环保”（合成吸附剂难降解，造成二次污染）。

“就像在大海里捞针，传统吸附剂是‘大网’，捞上来一堆沙子和针；而我们要做‘智能渔网’，只捞针，还能反复用。”论文通讯作者Hyunook Kim教授解释，CS-EDTA-GL的研发目标就是解决这三大痛点：用生物材料降低污染，用化学修饰提高吸附选择性，用结构设计增强再生能力。

“天然材料+化学抓手”：CS-EDTA-GL如何精准“捕捉”稀土？

这种“稀土捕手”的核心配方藏在名字里：CS（壳聚糖）+ GL（明胶）+ EDTA（乙二胺四乙酸）。壳聚糖来自虾蟹壳，自带大量氨基和羟基，像“小钩子”能初步勾住金属离子；明胶则像“弹性骨架”，让材料保持多孔结构（孔径2-50 nm，比头发丝细1000倍），增加吸附面积；最关键的是EDTA——这种分子像“五指抓手”，能精准抱住稀土离子（如镧、钕、钇），而对钙、镁等常见干扰离子“视而不见”。

研发团队通过“交联反应”把三者“焊”在一起：先让壳聚糖和明胶在酸性溶液中“抱团”形成凝胶，再加入EDTA，让EDTA分子“长”在凝胶骨架上，最后冷冻干燥制成多孔颗粒。电子显微镜下，这种颗粒表面布满蜂窝状小孔，“就像海绵吸附水一样，稀土离子会钻进小孔，被EDTA‘抓手’牢牢锁住。”

实验验证：吸附容量超传统材料3倍，20次循环后性能依旧能打

实验室数据显示，CS-EDTA-GL在单组分稀土溶液中（如仅含镧离子），最大吸附容量达189 mg/g，比常用的活性炭吸附剂（约60 mg/g）高3倍，甚至超过部分合成树脂材料（Table 4）。更厉害的是“分离能力”——在含有镧、钕、钇的三元混合溶液中，它对钕和镧的分离因子达1.8，意味着能把混合稀土“按种类分开”，纯度满足工业再利用标准（Fig.5）。

最关键的“再生稳定性”测试中，研究人员用稀盐酸“洗”吸附饱和的CS-EDTA-GL，稀土离子被“洗”下来回收，吸附剂则恢复“捕捉能力”。经过20次循环后，其吸附容量仍保持初始值的85%以上，远超传统吸附剂（通常循环5-10次后性能下降50%）。“这意味着它能长期反复用，大大降低工业成本。”

未来可用于工业废水处理，让稀土“变废为宝”

论文指出，CS-EDTA-GL的生物来源还带来环保优势：壳聚糖和明胶可自然降解，避免传统合成吸附剂的“二次污染”；且原材料来自食品加工废料（虾蟹壳、皮革边角料），成本仅为合成树脂的1/5。目前，团队已在模拟工业废水中验证效果——在含多种金属离子的复杂废水中，它对稀土元素的吸附率仍达92%，远高于传统方法的65%。

“下一步计划放大生产，先在稀土冶炼厂的废水处理中试点。”Hyunook Kim教授表示，若能推广，每年可从工业废水中回收上千吨稀土，相当于减少20%的稀土开采需求。这种“用废料回收资源”的思路，或许正是破解稀土资源短缺的“绿色密码”。

来源: FESE Message