科學材料站 文 章 信 息 使用食品級嗜酸乳桿菌從廢舊磷酸鐵鋰電池中回收有價金屬 第一作者：夏秋麗，張丹妮（共同第一作者） 通訊作者：張丹妮*，徐大可* 單位：東北大學材料科學與工程學院 科學材料站 研 究 背 景 鋰作為關鍵礦產資源，是鋰離子電池（LIB）的核心成分。隨著全球“雙碳”目標推進，磷酸鐵鋰（LFP）電池因低毒性、長壽命、高安全性，在新能源汽車、電子設備等領域廣泛應用，隨著LFP電池的退役，大量廢舊LFP電池堆積。回收其中的鋰不僅能緩解環境壓力，還能降低電池生產成本。 傳統濕法冶金回收廢舊LFP中的有價金屬依賴化學試劑，易產生廢液和氣體，需高額治理成本；生物浸出雖為綠色環保可替代方案，但常用微生物局限于強嗜酸菌（如嗜酸氧化硫硫桿菌等），亦存在酸性廢水排放等問題。本研究首次將食品級且生物安全等級為1級的嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）應用于廢舊LFP電池的生物浸出中，突破了傳統微生物的應用局限，為電子廢棄物的資源化利用提供了新路徑。 科學材料站 文 章 簡 介 近日，東北大學材料科學與工程學院王福會教授團隊、徐大可教授課題組在《Chemical Engineering Journal》發表重要研究，首次報道使用食品級嗜酸乳桿菌從廢舊磷酸鐵鋰電池（LFP）中生物浸出有價金屬。研究通過多種表征手段（XRD、FTIR、XANES，Mössbauer等）結合熱力學計算與轉錄組分析，揭示了生物浸出機理，并優化了浸出工藝。 結果顯示，兩步法生物浸出在固液比為2.5 g/L時，鋰（Li）浸出率達85.1%、鐵（Fe）達59.9%；固液比為5.0 g/L條件下添加胞外聚合物（EPS）可將Li浸出率從60.8%提升至77.1%，同時顯著提高浸出選擇性（Fe浸出率降至5.8%）。該研究為溫和產酸菌回收電子廢棄物中的有價金屬提供了理論與實驗依據。 圖1. 嗜酸乳桿菌聯合EPS從廢舊磷酸鐵鋰粉末中提取有價金屬示意圖。 科學材料站 本 文 要 點 要點一：嗜酸乳桿菌生物浸出工藝優化 浸出方法對比：相較于一步法和廢培養基法，兩步法（先培養細菌至對數期再加入廢舊LFP粉末）效果更優，在固液比為5.0 g/L時，Li浸出率達60.8%，Fe浸出率達68.5%。 固液比影響：Li浸出率隨固液比升高而降低，2.5 g/L時達最大值85.1%，10.0 g/L時降至31%以下（因高濃度金屬離子抑制細菌活性）。 圖2. 嗜酸乳桿菌在不同生物浸出方式（固液比為5.0 g/L）下（a、b）以及采用兩步法在不同固液比條件下（c、d）浸出廢舊磷酸鐵鋰粉末時，浸出液中鋰和鐵的百分比、pH值和細菌密度。 要點二：EPS顯著提升浸出效率與選擇性 效率提升：當固體比為5.0 g/L時，添加100 mg/L EPS后，Li浸出率從60.8%提升至77.1%，且浸出速率加快（10天內Li浸出率達58.4%，無EPS時為46.6%）。 選擇性增強：EPS降低Fe浸出率，形成更多的次生含鐵相（如FePO4、2-線水鐵礦），使Fe在浸出液中浸出率降至5.8%，簡化后續分離工藝。 作用機制：EPS含多糖、蛋白質等功能基團，增強細菌與LFP粉末的附著能力，保護細菌免受金屬離子毒性脅迫，提高代謝活性。 圖3. 嗜酸乳桿菌在固液比為5.0 g/L及兩步法條件下添加不同含量EPS浸出廢舊磷酸鐵鋰粉末時，浸出液中鋰和鐵的百分比、pH值和細菌密度。 圖4. EPS添加細菌對粉末黏附效果的影響。 要點三：生物浸出機理揭示 驅動力：嗜酸乳桿菌代謝產生的乳酸是有價金屬浸出的核心驅動力，通過酸解作用破壞LFP晶格（反應式：4LiFePO4 + 4C3H6O3 + O2 → 4FePO4 + 4C3H5O3− + 4Li+ + 2H2O）。 轉錄組分析：LFP粉末脅迫下，細菌的群體感應（QS）、硫代謝、葉酸一碳單位代謝等通路上調，增強金屬離子耐受能力；EPS添加可減少細菌基因表達波動，維持代謝穩態。 圖5. EPS添加對細菌轉錄組變化的影響分析。 圖6. 不同條件浸出殘基XANES及Mössbauer固相表征。 要點四：技術優勢與應用前景 相比化學浸出，該方法綠色環保，無需高溫或強氧化劑；相比傳統強嗜酸菌生物浸出，嗜酸乳桿菌生物安全性高、環境適應性強。 浸出液中的Li也可提取成Li2CO3作為鋰電池的正極原材料，浸出殘渣中的FePO4可作為電池正極前驅體或催化劑材料，實現“廢物–資源”閉環。 科學材料站 文 章 鏈 接 Bioleaching of valuable metals from spent lithium iron phosphate batteries using food-grade Lactobacillus acidophilus https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.166799 科學材料站 通 訊 作 者 簡 介 徐大可教授簡介：國家杰出青年基金獲得者，東北大學材料科學與工程學院教授、博士生導師，主要從事金屬材料的微生物腐蝕行為、機理和防治的相關研究及抗菌金屬材料和海洋防污涂層的研發，在金屬資源回收與循環利用領域有深厚積累。以第一作者或通訊作者發表高水平論文150多篇，其中4篇入選ESI熱點論文，12篇入選ESI高被引論文；總引用14000余次，H因子66，已發表Nature Reviews Microbiology、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition（4篇）、Advanced Functional Materials（8篇）以及腐蝕領域頂級刊物Corrosion Science（50余篇）。主持國家自然科學基金委國家杰出青年科學基金項目，國家自然基金委重點項目（2項）、973專項服務課題、國家重點研發計劃課題、教育部項目基本科研業務費交叉融合重點項目等科技部、基金委、企業項目30多項，總經費超過4000萬元。擔任Research, J. Mater. Sci. Technol, npj Mater. Degrad.等期刊編輯及特刊主編/副主編和編委。先后獲得中國腐蝕與防護學會科學技術獎一等獎（1/15，1/14）、遼寧省自然科學二等獎（1/5）等多項榮譽稱號。 張丹妮副教授簡介：東北大學材料科學與工程學院副教授、博士生導師，主要研究方向為電子廢棄物的回收與再利用、固體廢棄物中重金屬形態與形態轉化研究以及導電納米線的制備與開發應用。承擔國家自然科學基金面上基金（2項），國家自然科學基金青年基金及中國科學院污染生態與環境工程重點實驗室開放基金等多項國家級科研項目，在《Chemical Engineering Journal》《Journal of Hazardous Materials》《Journal of Environmental Sciences》等期刊發表多篇論文，聚焦綠色回收技術的基礎與應用研究。 科學材料站 第 一 作 者 簡 介 夏秋麗：東北大學材料科學與工程學院21級博士研究生，師從徐大可教授和張丹妮副教授，研究方向為廢舊電池的生物浸出技術，參與多項相關課題的研究工作，在生物浸出機理與工藝優化方面有深入探索。至今以第一作者在Chemical Engineering Journal和Journal of Hazardous Materials刊物上各發表SCI論文1篇。 張丹妮副教授（共同第一）：同時作為共同通訊作者，其研究兼顧理論與應用，推動了溫和微生物在資源回收中的應用。 科學材料站 課 題 組 介 紹 東北大學電活性生物材料交叉研究中心（簡稱“交叉中心”）是東北大學依托“東北大學電活性微生物交叉研究團隊”新晉成立的二級科研單位。交叉中心由美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校教授、美國科學促進會院士、美國微生物科學院院士Derek Lovley領銜，他是微生物領域（特別是電活性微生物領域）國際頂級學術大師，致力于微生物基礎研究，在厭氧微生物生理生態、微生物胞外電子傳遞和生物修復等領域取得了許多開創性成果，揭示了蛋白納米導線胞外電子傳遞和微生物種間直接電子傳遞機制。已發表學術論文超過500篇，其中Nature和Science正刊文章已發表25篇，h影響因子已經達到200，個人引用136700多次（google scholar），世界微生物學家引用次數排名第一。2021年，Derek Lovley教授在東北大學依托王福會教授團隊（國家杰青）建立電活性生物材料研究中心，主要研究方向為細菌導電納米線材料和金屬材料的微生物腐蝕。 團隊目前共有教授7人、特聘研究員3人、特聘副研究員4人，副教授5人、實驗師1人、其中外籍教授3人，國家級人才4人，團隊橫向、縱向課題眾多，經費充足，學術平臺優越，課題組氛圍和諧，適合年輕人發展。 科學材料站 課 題 組 招 聘 為進一步加強電活性交叉中心的研究力量，優化團隊布局，開拓學科方向，現面向和海內外招聘教授，青年副教授，博士后及博士生若干，招聘學科與研究方向： 教師崗位 1. 納米線生物傳感器 2. 電池回收方向 招聘崗位條件及職責 1. 教授/特聘研究員 基本要求：在招聘學科學術前沿領域從事創新性研究，具有獨立科研能力和經驗，在本學科領域取得較高學術水平、具有標志性學術成果的海內外優秀人才。年齡一般不超過45周歲，以第一作者/通訊作者發表多篇高水平論文。 薪酬及待遇：納入編制管理，聘為教授（卓青a崗，年薪50萬，科研啟動經費200萬，安家費80萬）或特聘研究員（卓青b崗，年薪35萬，科研啟動經費60萬，安家費60萬，博新計劃/青年托舉/海外優秀博士后項目入選者優先）。 2. 青年副教授 基本要求：在招聘學科領域取得具有一定學術影響的研究成果，學術水平居于本學科領域同年齡段學者前列的海內外優秀人才，年齡一般不超過35周歲。 薪酬及待遇：納入編制管理，聘為副教授。學術業績優秀的候選人可入選卓青計劃c類（30萬年薪，30萬科研啟動經費，30萬安家費）。 3. 全職博士后 基本要求：2024、2025年應屆博士畢業研究生及獲得博士學位未滿3年，且符合國家博士后入站條件。在招聘學科領域重要期刊發表過較高水平的學術論文，有較強的科研能力和學術研究潛力，能獨立承擔科研課題。 薪酬及待遇：按照東北大學卓越青年人才集聚計劃（卓青計劃d）執行，合同期3年，年薪25萬，科研啟動經費10萬）。 博士生 1. 抗菌/防污防腐涂層材料（重點招收） 2. 耐微生物腐蝕的金屬材料設計與制備 3. 活體功能生物被膜材料（微生物能源材料） 4. 油氣田、海洋微生物腐蝕與防治 5. 生物材料（口腔、腸道環境）的微生物腐蝕； 6. 電池材料的微生物回收 7. 基于基因編輯技術的微生物腐蝕機制 本年度交叉中心設立推免生獎學金：其中985大學推免生獎勵10000元，211大學推免生獎勵5000元，其他高校推免生獎勵2000元 招生要求： 學科背景：化學、材料、生物、環境等相關專業 優先考慮：具有腐蝕、微生物、高分子材料、有機合成、抗菌（金屬）材料等研究經歷的申請者和有高水平論文發表的博士申請者。 有意者請將個人簡歷發送至聯系郵箱，歡迎廣大有志之士加入東北大學電活性材料交叉研究中心。 聯系人：徐老師 xudake@mail.neu.edu.cn
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“海洋金屬”——鈦合金在艦船的
腐蝕與“海上絲綢之路”