只需放置工業廢水中便可回收稀有金屬的「微生物膠囊」

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【日經BP社報導】日本森下仁丹公司正在與大阪府立大學、長瀬產業公司共同推進使用微生物回收稀有金屬的業務，力爭2013年實現實用化。其方法是，將能夠把金屬離子吸入體內並還原的微生物封入生物膠囊，以此進行回收。

        森下仁丹等計劃首先應用於從工業廢水中回收稀有金屬，這些廢水此前因濃度較低不合算，而不經回收直接廢棄。

森下仁丹研究開發本部膠囊開發部的釜口良誠（左）和田川大輔（點擊放大）

        「僅需將封入了微生物的膠囊在工業廢水中放置一天，即可簡單地回收溶于廢水中的稀有金屬。而且，如果控制廢水的氫離子濃度指數（pH），便可選擇性地僅提取希望回收的稀有金屬。」

        森下仁丹的「膠囊先生」、研究開發本部膠囊開發部主管釜口良誠這樣說道。釜口自進入公司以來，約30年一直致力於膠囊的研發。

充分利用「城市礦山」的道路

        說起森下仁丹，正如其名字一樣，是一家創立於1893年、憑「銀粒仁丹」而風靡一時的老牌企業。森下仁丹與大阪府立大學教授小西康裕共同開發出了稀有金屬回收膠囊。正在積極推進相關業務，力爭在2013年實現實用化。這項業務于2011年3月被日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）選為「稀有金屬替代及削減技術實用化開發扶助事業」。

事情的開端要回溯到2008年。契機是小西教授發現，某種微生物會將溶液中的金屬離子吸入體內，在常溫常壓條件下進行還原。而且，僅需改變溶液的氫離子濃度指數，即可改變吸附的金屬。

        於是小西教授考慮，或許可以使用這種微生物，回收溶于工業廢水中的銦、鈀和鉑等稀有金屬及貴金屬。

        眾所週知，稀有金屬對於今後市場有望大幅擴大的所有高科技產品來說是不可或缺的。不過，由於全球資源分佈不均造成的價格暴漲及供應限制，日本面臨較大的資源風險。

        另一方面，含有大量稀有金屬的廢棄家電產品和小型家電也被稱為「城市礦山」，具有諷刺意味的是，日本「城市礦山」的儲量在全球屈指可數。

        儘管如此，當前大多數「城市礦山」仍然被作為不可燃垃圾被廢棄，其原因在於進行回收和循環利用費時費力，又花費成本，不合算。

        並且，現有的稀有金屬回收方法還存在由於大量使用藥物，環境負荷較大的課題。此外，工業廢水中雖然含有多種稀有金屬，但由於濃度較低，因而不經回收直接被廢棄處理。

        而小西教授發現的微生物，即使在低濃度廢水中，也能在較短時間內簡單地回收稀有金屬。而且，由於微生物本身是大量存在於池沼中的常見種類，因此也幾乎不會花費多少成本。


將微生物用皮膜封裝起來

但是，微生物體長不足2微米（微為100萬分之1），因此，即使這種微生物能將稀有金屬吸入體內，也很難使廢水和微生物分離。因此，小西教授此前一直在摸索能夠以低成本簡單進行分離的方法。森下仁丹的釜口注意到了他的研究。

        釜口說：「當時我腦中靈光一閃，覺得可以使用我們開發的生物膠囊。」於是他立即來到小西教授的研究室拜訪，並提出了建議，小西教授聽後也很感興趣，認為「這很有趣」，馬上開始進行共同研究。

將微生物用皮膜封裝起來

        森下仁丹從2000年起開始研發生物膠囊，可在膠囊內培養及繁殖微生物，進行DNA擴增。  

        與原來將內容物嚴密封裝的膠囊不同，膠囊表面由半透性皮膜構成。因此，如果在含有養分的液體中放入裝有微生物的膠囊，則只有養分會通過皮膜進入膠囊內。微生物出不了膠囊，所以便在膠囊內生長。

        如果對該生物膠囊進行改良，利用僅能透過金屬離子的皮膜包覆，封入小西教授發現的微生物，或許就能夠簡單地將廢水和微生物分離。這就是釜口的構想。  

        此前森下仁丹只經營健康食品和藥品等可食性膠囊。因此，生物膠囊的半透性皮膜也是使用明膠和瓊脂等天然高分子。不過，如果用於工業用途，提高皮膜強度和金屬離子的透過性便變得重要。  

        因此，雙方決定在進行共同開發之際，從外部招聘人才，從零開始研發工業用途生物膠囊。研究開發本部膠囊開發部基礎開發組負責人田川大輔就是這方面的專家。

        順便一提，森下仁丹一般是利用「界面張力」製造膠囊。與水珠在荷葉上是圓形一樣，如果液滴從噴嘴落入油中，便可形成像珍珠一樣的球形。使其冷卻凝固，便可製成沒有接縫的「無縫膠囊」。

        膠囊直徑可通過噴嘴的直徑進行調節。該公司目前可製造直徑為0.5～8毫米的膠囊。另外，釜口等還在開發在膠囊中製造其他膠囊的擁有4層結構的膠囊等，已經成為該公司的專有技術。


連同膠囊一起焚燒，作為鑄錠回收

以田川為核心新開發的稀有金屬回收生物膠囊，其表面由「合成高分子」製成。用紫外線照射由碳等構成的分子量較小的物質進行合成，形成高分子。1粒生物膠囊直徑大約為3毫米，其中裝有多達幾十億的微生物。合成高分子為網眼結構，金屬離子可以通過，但微生物無法通過。

鈀回收前（左）和回收後的生物膠囊（點擊放大）

        如果將此生物膠囊放入含有稀有金屬和貴金屬等的離子的工業廢水中，其中的微生物便會吸入金屬離子。最初為白色的生物膠囊會逐漸變黑。所需時間根據金屬種類而有不同，據稱鈀幾乎可在24小時以內全部回收。回收的稀有金屬連同生物膠囊一起進行焚燒，然後作為鑄錠提取出來。

        釜口介紹道：「如果採用這種方法，回收效率比原來的稀有金屬回收方法高，而且因為是膠囊狀，所以也易於運輸。回收工藝也比較簡單。」

        在實現實用化方面，釜口等從收益性考慮，計劃首先把銦、鈀和鉑族等高價金屬作為回收對象。

        要在2013年實現實用化，當前面臨三個課題。即進一步提高稀有金屬回收速度、使回收能力實現最大化及開發回收工藝。

        田川說：「我認為，合成高分子還有很大的改良餘地。在形成僅通過金屬離子的網眼結構的同時，還需要找出新的、能夠使金屬離子主動進入的材料。」

        另外，要使回收能力實現最大化，明確最佳的膠囊尺寸和膠囊內微生物數量也非常重要。此外還需要大量培養微生物。因此，森下仁丹正在與長瀬產業共同致力於培養微生物。  

        釜口表示： 「老實說，2008年的時候，我們自身對於稀有金屬並沒有那麼強烈的危機感。不過，隨著社會形勢日趨嚴峻，我們的膠囊製造技術能夠以這種形式作出相應的貢獻，實在是非常令人高興。雖然實現實用化是先決條件，但我們希望今後能繼續利用專有技術廣泛地為社會做出貢獻。」（《日經商務在線》特約撰稿人：山田久美）【日經能源環境網】


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應考慮用於處理污水.