TWI580647B - Precious metal recovery method - Google Patents

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TWI580647B TW103145734A TW103145734A TWI580647B TW I580647 B TWI580647 B TW I580647B TW 103145734 A TW103145734 A TW 103145734A TW 103145734 A TW103145734 A TW 103145734A TW I580647 B TWI580647 B TW I580647B
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Description

貴金屬之回收方法 發明領域
本發明係有關貴金屬之回收方法。
發明背景
已知有使用微生物從低級礦物或工廠廢水、植物等回收金屬的方法。例如，於專利文獻1(日本特開2011-52315號公報)，揭示在於吸附特定金屬離子之酵母使其特定金屬被吸附後使用鉗合劑回收的方法。於專利文獻2(日本特開平11-77008號公報)，揭示在將水產廢棄物浸漬於含有乳酸菌、酵母、烴類之水溶液中進行發酵處理後回收的方法。於專利文獻3(日本特開2004-33837號公報)，揭示在藉由將含重金屬之植物浸漬於含乳酸菌、酵母、糖的培養液解離重金屬後使用鉗合劑回收的方法。於專利文獻4(日本特開2003-284556號公報)或專利文獻5(日本特表2009-538127號公報)，揭示使用將編碼捕捉或吸附金屬之蛋白質的基因進行轉殖的酵母等轉殖體回收金屬的方法。專利文獻4所示之該蛋白質為組胺酸多肽，在專利文獻4顯示作為金屬離子被回收。專利文獻5所示之該蛋白質為植物螯合肽(phytochelatin)合成酵素或金屬硫蛋白，顯示作為金屬 與蛋白質之複合體被回收。
然而，此等方法係將金屬作為金屬離子回收的方法，在此等方法，為了作為金屬進行回收必須要進行將回收之金屬離子還原的操作或進一步從與蛋白質的複合體分離出金屬離子的操作。
另一方面，於專利文獻6(日本特開2007-113116號公報)，記載使鐵還原細菌進行作用，從金屬氧化物或金屬氫氧化物回收金屬的方法。在此方法，可於鐵還原細菌的菌體內形成金屬(還原物)進行回收。
然而，由於該方法係利用鐵還原細菌之鐵還原作用的方法，因此培養基必須要有電子予體。此外，由於鐵還原細菌的菌體小，因此亦有從溶液回收細菌為困難的問題。
此外，除了鐵還原細菌外，於非專利文獻1亦記載有從自然界被分離出來之代爾夫特食酸菌(Delftia acidovorans)分泌至細胞外的代謝物將培養液中之3價金離子還原、析出為金奈米粒子的事實，在此之前，酵母將貴金屬離子還原成金屬積蓄於菌體內的事實未被人所知。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2011-52315號公報
專利文獻2：日本特開平11-77008號公報
專利文獻3：日本特開2004-33837號公報
專利文獻4：日本特開2003-284556號公報
專利文獻5：日本特表2009-538127號公報
專利文獻6：日本特開2007-113116號公報
非專利文獻
非專利文獻1：Nature Chemical Biology, 9, 241, 2013
發明概要
本發明之課題係在於提供一種利用酵母之還原力將貴金屬離子形成其還原物之貴金屬進行回收的手段。
涉及本發明之方法，係具有下述步驟：在含有貴金屬離子之液體中使酵母與前述貴金屬離子接觸，並於酵母之菌體內積蓄為還原物之貴金屬。
根據本發明，可使用酵母將貴金屬離子還原成還原物之貴金屬進行回收。
圖1係表示金藉由釀酒酵母及漢遜德巴利酵母之還原結果的圖表。B株為釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae BY4741株)，D株為漢遜德巴利酵母(Debaryomyces hansenii NITE BP-01780)。
圖2係表示在蟻酸鹽的存在下與金離子接觸24小時後之酵母(B株)的TEM圖像。
圖3係表示藉由釀酒酵母及漢遜德巴利酵母之鈀的還原結果圖表。B株為釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae BY4741株)，D株為漢遜德巴利酵母(Debaryomyces hansenii NITE BP-01780)。
圖4係表示在蟻酸鹽的存在下與鈀離子接觸24小時後之酵母(B株)的TEM圖像。
圖5係表示藉由麵包酵母(出芽酵母Saccahromyces cerevisiae NBRC 2044株)之金的還原結果圖表。
圖6係表示藉由裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe FY15985株)之金的還原結果圖表。
圖7係表示藉由味噌酵母(Zygosaccharomyces rouxii NBRC 1130株)之金的還原結果圖表。
圖8係表示將在蟻酸鹽的存在下與金離子接觸24小時後之麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)乾燥(50℃，48小時)並進行測定之X射線粉末繞射分析結果的繞射分析圖。
圖9係表示在蟻酸鹽的存在下與金離子接觸24小時後之麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)的TEM圖像，及將其酵母之一部分放大的圖像。
圖10係表示在蟻酸鹽的存在下與金離子接觸24小時後麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)之EDX分析結果的圖像，(a)為HAADF的圖像，(b)為金元素之製圖後的圖像。同圖(a)白色部分表示金粒子，於同圖(b)對該白色部分進行製圖。
圖11係表示藉由麵包酵母(出芽酵母Saccahromyces cerevisiae NBRC 2044株)之鈀的還原結果圖表。
圖12係表示藉由裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe FY15985株)之鈀的還原結果圖表。
圖13係表示藉由味噌酵母(Zygosaccharomyces rouxii NBRC 1130株)之鈀的還原結果圖表。
圖14係表示將在蟻酸鹽的存在下與鈀離子接觸24小時後之麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)乾燥(50℃，48小時)並進行測定之X射線粉末繞射分析結果的繞射分析圖。
圖15係表示在蟻酸鹽的存在下與鈀離子接觸24小時後之麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)的TEM圖像，及將其酵母之一部分放大的圖像。
圖16係表示在蟻酸鹽的存在下與鈀離子接觸24小時後麵包酵母(出芽酵母S.cerevisiae)之EDX分析結果的圖像，(a)為HAADF的圖像，(b)為鈀元素之製圖後的圖像。同圖(a)白色部分表示鈀粒子，於同圖(b)對該白色部分進行製圖。
用以實施發明之形態
涉及本發明的方法，係具有以下步驟的方法，該步驟為：在含有貴金屬離子之液體中使酵母與前述貴金屬離子接觸，並於酵母之菌體內積蓄為還原物之貴金屬的步驟。即本發明之特徵在於利用酵母具有的還原力將貴金屬離子形成貴金屬進行回收。
因此，在本發明可使用的酵母只要為可在菌體 內還原貴金屬離子之酵母則任何酵母皆可。在本發明中酵母並不僅限於酵母屬，可使用在廣義上包含之其他的酵母。在本發明可使用的酵母，例如為酵母屬(Saccharomyces)或念珠菌屬(Candida)、圓酵母屬(Torulopsis)、接合酵母屬(Zygosaccharomyces)、裂殖酵母屬(Schizosaccharomyces)、畢赤酵母屬(Pichia)、耶氏酵母屬(Yarrowia)、漢遜氏酵母屬(Hansenula)、克魯維酵母屬(Kluyveromyces)、德巴利酵母屬(Debaryomyces)、地絲菌屬(Geotrichum)、威克酵母屬(Wickerhamia)、菲洛酵母屬(Fellomyces)、拋孢酵母屬(Sporobolomyces)的酵母，其中尤其以屬於酵母屬、接合酵母屬、裂殖酵母屬或德巴利酵母屬的酵母為佳。酵母屬之酵母為出芽酵母之代表性酵母，例如可為S.bayanus(貝酵母)、S.boulardii(布拉酵母)、S.bulderi(博伊丁酵母)、S.cariocanus、S.cariocus、S.cerevisiae(釀酒酵母)、S.chevalieri(薛瓦酵母)、S.dairenensis、S.ellipsoideus(葡萄酒酵母)、S.florentinus、S.kluyveri(克魯維酵母)、S.martiniae、S.monacensis(摩納酵母)、S.norbensis、S.paradoxus(奇異酵母)、S.pastorianus(巴氏酵母)、S.spencerorum、S.turicensis(圖列茨酵母)、S.unisporus(單孢酵母)、S.uvarum(葡萄汁酵母)、S.zonatus。接合酵母屬為耐鹽性酵母，為從味噌或醬油等分離出來的酵母，例如可為Z.rouxii(魯氏接合酵母)。裂殖酵母屬的酵母為裂殖酵母，例如可為S.cryophilus、S.japonicus、S.octosporus(八孢裂殖酵母)、S.pombe(粟酒裂殖酵母)。此外，作為適宜之 酵母亦例示以寄存號碼NITE BP-01780(日本千葉縣木更津市上總(Kazusa)鎌足2-5-8 122號室 獨立行政法人製品評價技術基盤機構 專利微生物寄存中心)寄存的德巴利酵母屬之酵母(Debaryomyces hansenii)。
能夠以涉及本發明之方法回收的金屬係貴金屬。具體而言，為金及白金族金屬，更具體而言可為金、銀、白金、鈀、銠、銥、釕、鋨。
此等貴金屬之貴金屬離子與酵母的接觸係在液體中進行。酵母可為活菌，此外只要能發揮還原功能亦可為死菌。液體只要為酵母功能可發揮的環境即可。例如，可僅為水，亦可為僅於水添加磷酸氫鉀等pH調整劑及/或氯化鈉(來自用於酵母懸浮之生理食鹽水的氯化鈉或用以成為等張的氯化鈉)的液體。此外，該液體係人工添加電子予體的溶液(添加溶液)，亦可為不人工添加電子予體的溶液(無添加溶液)。電子予體，例如可為低分子之有機酸及/或其鹽或醇類、氫氣。有機酸，例如可為蟻酸或醋酸、乳酸等碳數1~7的脂肪族羧酸；苯甲酸等具有碳數1~7之羧基的芳族羧酸；焦葡萄酸；氧代羧酸(oxocarboxylic acid)。醇類，例如可為甲醇或乙醇等碳數1~7之脂肪族醇。添加此等電子予體係有貢獻於貴金屬離子之還原，並可增加貴金屬離子的還原量(還原力)。另外，在本發明，由於認為從電子予體供給之電子的最終受體為金屬離子，因此電子受體的添加非為必須。
此外，該液體非必須具有酵母生長之必要的營 養素，但亦可為含有酵母生長之最低限必要營養素(氮源或碳源)的液體。如此之營養素係用於酵母培養的營養素，例如可為蔗糖、葡萄糖、乳糖、酵母萃取物、肉萃取物、肉汁、聚蛋白腖、蛋白腖。在含有營養素的情況下，與酵母接觸的液體，係以於含有貴金屬離子的液體中添加此等營養素，或者於含有此等營養素的液體中添加含有要回收貴金屬離子之液體的方式調製。含有營養素的液體，例如可為特化為酵母用之YPD培養基、萬用培養基之肉汁培養基。
含有貴金屬離子的液體係可從回收對象物以公知方法調製而得。其調製法，例如若為土壤則懸浮於水並因應必要進行酸處理的方法、若為礦物或合金則進行酸處理並因應必要進行中和處理的方法。回收對象物只要為可取出金屬離子的對象物即可，不論是否為鹽或如合金的金屬，亦不論是否為液體或固體，只要為含有前述之貴金屬或貴金屬離子者便無特別限定。含有金屬離子的液體即使為含有前述貴金屬以外之非貴金屬或非貴金屬離子者亦沒有影響。
與酵母接觸之液體的pH或溫度係具有該專業領域知識者可適當設定的事項。液體之pH宜為在7上下之中性至pH5左右的弱酸性，溫度宜為25~35℃。接觸時間會因酵母之菌體密度或貴金屬離子的濃度而有不同，但大約為1小時至48小時，貴金屬係藉由與酵母接觸如此長短的時間在酵母之菌體內被還原，作為貴金屬(粒)積蓄在酵母的 菌體內。此外，在與酵母接觸中以振盪液體為佳。因為可以提高液體中之貴金屬離子擴散至酵母表面的移動速度。
與酵母接觸之液體的貴金屬離子濃度亦為具有該專業領域知識者可適當設定的事項。貴金屬離子濃度會因酵母之菌體濃度而有不同，但大約為0.01~100mmol/l，宜為0.1~10mmol/l。電子予體之添加量亦可適當設定。電子予體之添加量會因金屬種類或菌體數而有不同，但只要為上述之貴金屬離子濃度，則與酵母接觸之液體中的濃度大約為0.01~1000mmol/l，為與貴金屬離子濃度相同程度或更多，宜為10倍左右。
藉由將與貴金屬離子接觸後之酵母菌體破壞使被還原之貴金屬以貴金屬粒(貴金屬結晶)的方式被回收。由於被回收之金屬粒的密度高因此會沉澱在將菌體破壞之溶液中，該沉澱物可以公知方法輕鬆回收。此外，亦可在回收酵母菌體後從菌體回收貴金屬。例如，例示有焚燒回收的酵母回收貴金屬粒或貴金屬塊的方法。
如此由於本發明的方法，為利用酵母之還原力於酵母之菌體中將貴金屬離子以金屬(粒)方式回收的方法，因此容易從酵母回收。此外，由於酵母菌體較鐵還原細菌的菌體大(相對於鐵還原菌體為1μ左右，酵母菌體為5μ左右)，菌體之固液分離較鐵還原細菌的菌體更容易。
以下，關於本發明雖根據下述實施例進一步說明，但理所當然地本發明並不被下述實施例所限定。
[實施例1]
使用酵母代表菌之釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae BY4741株：B株)與鎘耐性酵母之漢遜德巴利酵母(Debaryomyces hansenii：D株)。此漢遜德巴利酵母係以如以下方式分離，以寄存號碼NITE BP-01780於2013年12月6日寄存在國際寄存機構之日本千葉縣木更津市上總鎌足2-5-8 122號室 獨立行政法人製品評價技術基盤機構 專利微生物寄存中心。
[漢遜德巴利酵母(D株)之分離]
從各種酒糟．味噌等發酵鹽性食品篩選出酵母。將分離源試料懸浮於滅菌水，並將懸浮液塗布於含有13%氯化鈉的YPD(2%葡萄糖、0.5%酵母萃取物、0.5%蛋白腖)平板培養基，在進行30℃、48小時培養後，將成長後之菌落分離出來。藉由診察鏡在分離出的菌株挑選酵母。在將所獲得之耐鹽性酵母菌株接種至含有200μM氯化鎘的YPD液體培養基後，以30℃進行靜置培養。測量到第72小時為止成長之菌株的菌體鎘含量，並分離出較前述之釀酒酵母B株含有更多鎘的菌株。
(金之回收)
在將上述2株的酵母分別接種至YPD培養基後，進行30℃、48小時的靜置培養。在回收培養完的菌體後，於含有1.0mmol/m3之金離子(Au3+)的氯化金水溶液，分別以使B株之菌體濃度成為0.8×108cells/ml、使D株之菌體濃度成為1.0×108cells/ml的方式添加酵母。在添加酵母後，以30℃靜置，調查溶液之金濃度的變化及溶液之顏色變化。此外， 關於在以成為50mmol/m3的方式添加蟻酸鈉作為電子予體的情況，及同樣將氫氣供給至溶液中的情況進行相同的實驗。將其結果表示於圖1。此外，使用TEM(穿透式電子顯微鏡：Transmission Electron Microscope)拍攝在蟻酸鈉存在下接觸24小時後的酵母。將其結果表示於圖2。
從圖1可知，不論電子予體之有無，在所有的菌株pH維持在6.5~6.6，同時溶液的金濃度降低。此外，接觸24小時後的溶液在所有的系統中，皆從原本實驗開始前的黃色到檸檬色變成淡紫色到粉紅色。金屬之超微粒子會吸收特定波長光的現象(電漿子吸收)係廣為人知的現象，根據此現象若存在有金屬微粒子則會觀察到顏色變化，顏色變化會因金屬微粒子之大小或種類而不同。若產生電漿子吸收，金奈米粒子顯示「紫色到粉紅色(顏色因粒子徑變化)」係廣為人知。此結果，可判斷出在溶液中生成了金屬微粒子。此外，如圖2所示，從TEM圖像，亦可確認金的金屬微粒子在酵母菌體內而非在酵母菌體外。從此等事實，判斷不論電子予體之有無，此等酵母皆會還原金離子，並於菌體內積蓄金。
(鈀之回收)
於濃度1.0mmol/l之氯化鈀水溶液，添加與上述相同濃度的酵母，使用蟻酸鈉、乳酸鈉作為電子予體進行與金的情況相同的實驗。將其結果表示於圖3。此外，將在蟻酸鈉存在下接觸24小時後之酵母的TEM圖像表示於圖4。溶液的顏色在所有的系統，亦原本為黃色到檸檬色，但D株 在蟻酸鈉存在下約2.5小時後變為黑色，此外，在乳酸鈉存在下約4小時後變為黑色。此外，即使B株亦在24小時後變為黑色。已知鈀之奈米粒子因電漿子吸收顯示黑色。從此等事實，可確認在電子予體的存在下，酵母會還原鈀並於菌體內積蓄鈀。
[實施例2]
接著，使用與B株、D株不同的3株酵母進行相同的實驗。使用麵包酵母之釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae NBRC 2044株)、裂殖酵母之粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe FY15985株)、味噌酵母之魯氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii NBRC 1130株)。
(金之回收)
於含有1.27mmol/m3之金離子(Au3+)的氯化金水溶液，以使菌體濃度成為1.5×1015cells/ml的方式添加酵母。在添加酵母後，以30℃靜置，調查溶液之金濃度的變化及溶液之顏色變化。此外，關於在以成為50mmol/m3的方式添加蟻酸鈉作為電子予體的情況亦進行相同的實驗。將其結果表示於圖5~7。圖中的百分比係表示24小時後濃度的降低比例。在該期間，雖然溶液的pH維持在6.5~6.7，但溶液之金離子的濃度降低。此外，溶液的顏色在蟻酸鈉的存在下變色成粉紅色到紫色，確認到金離子的還原。另外，在作為對照僅添加蟻酸鈉的情況，於剛添加酵母後酵母之生化還原作用很顯著的時間內，金離子濃度並無顯著降低，確認在該期間沒有發生化學還原(無圖示)。另一方面，在 未添加蟻酸鈉的情況亦確認到金離子濃度的降低，可以認為在此等酵母，於電子予體非存在下不僅有進行還原還有進行吸附或吸收。此外，關於在蟻酸鈉存在下與金離子接觸後的麵包酵母在進行X射線粉末繞射分析的結果，確認到金離子被還原而產生金(金屬)的事實(參考圖8)。而且，金粒子積蓄在酵母菌體內的事實，亦可從該酵母的TME圖像或EDX製圖上確認(參考圖9、圖10)。
(鈀之回收)
於含有1.2mmol/m3之鈀離子(Pd2+)的氯化鈀水溶液，以使菌體濃度成為1.5×1014cells/ml(但麵包酵母為1.5×1015cells/ml)的方式添加酵母。在添加酵母後，以30℃靜置，調查溶液之鈀濃度的變化及溶液之顏色變化。此外，關於在以成為50mmol/m3的方式添加蟻酸鈉作為電子予體的情況亦進行相同的實驗。將其結果表示於圖11~13。圖中的百分比係表示24小時後濃度的降低比例。在該期間，溶液的pH維持在6.5~6.7，同時溶液之鈀離子的濃度降低。此外，溶液的顏色在蟻酸鈉的存在下變色成黑色，確認到鈀離子的還原。另外，在作為對照僅添加蟻酸鈉的情況，於剛添加酵母後酵母之生化還原作用很顯著的時間內，鈀離子濃度並無顯著降低，確認在該期間沒有發生化學還原(無圖示)另一方面，在未添加蟻酸鈉的情況亦確認到鈀離子濃度的降低，可以認為在此等酵母於電子予體非存在下進行的吸附或吸收較還原更多。此外，關於在蟻酸鈉存在下與鈀離子接觸後的麵包酵母在進行X射線粉末繞射分析 的結果，確認到鈀離子被還原而產生鈀(金屬)的事實(參考圖14)。而且，鈀粒子積蓄在酵母菌體內的事實，亦可從該酵母的TME圖像或EDX製圖上確認(參考圖15、圖16)。
從此等結果，可斷言在電子予體非存在下不限於酵母B株、D株及裂殖酵母，而在電子予體存在下代表廣泛使用於麵包或味噌等發酵的酵母係可利用於貴金屬之還原。
產業上之可利用性
本發明係提供使用酵母將溶液中之貴金屬離子以貴金屬方式回收的方法。

Claims (6)

  1. 一種貴金屬之回收方法，係具有下述步驟：在含有貴金屬離子之液體中使酵母與前述貴金屬離子接觸，並於酵母之菌體內積蓄為還原物之貴金屬。
  2. 如請求項1之貴金屬之回收方法，其中前述含有貴金屬離子之液體係無添加電子予體之溶液。
  3. 如請求項1之貴金屬之回收方法，其中前述含有貴金屬離子之液體係添加電子予體之溶液。
  4. 如請求項1~3中任一項之貴金屬之回收方法，其中前述貴金屬係選自於由金、銀、白金、鈀、銠、銥、釕、鋨所構成之群中至少1種或2種以上的離子。
  5. 如請求項1~3中任一項之貴金屬之回收方法，其係使與酵母屬、接合酵母屬、裂殖酵母屬、德巴利酵母屬之酵母的任1種或2種以上的酵母接觸。
  6. 如請求項4之貴金屬之回收方法，其係使與酵母屬、接合酵母屬、裂殖酵母屬、德巴利酵母屬之酵母的任1種或2種以上的酵母接觸。
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