Recovery of multiple metals using biogenic manganese oxides with enzymatic activity

• Project/Area Number: 16K00615
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Environmental conscious materials and recycle
• Research Institution: University of Shizuoka
• Principal Investigator: Tani Yukinori 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 教授 (10285190)
• Research Collaborator: Miyata Naoyuki ; Naitoh Hirotaka ; Zheng Haiso ; Fujita Daiki
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: マンガン酸化真菌 / マンガン酸化物 / レアメタル資源回収 / 重金属除去 / バイオマンガン酸化物 / レアメタル / 回収 / レアメタル回収 / 有価物回収 / 有害元素除去技術 / 廃水処理

Outline of Final Research Achievements

Biogenic manganese oxides accumulate various inorganic elements and consequently may be applicable for recovering them from waste waters. This study investigated the Mn(II) oxidizing abilities of Mn(II) oxidizing fungi (ten strains) at various pH conditions and showed the highest Mn(II) oxidizing ability of KK1-2 (Pleosporales) at pH 5.5. Acremonium strain KR21-2 indirectly oxidize Ce3+ to insoluble CeO2 through BMO formation. This study also demonstrated that A. strain KR21-2 can recover rare earth element ions (other than Ce3+) by a sorption process on BMO surfaces which is continuously formed when exogenous Mn2+ is supplemented.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

様々なMn(II)酸化真菌が、溶存態Mn2+を酵素によって不溶なバイオマンガン酸化物（BMO）に変換できること、また、このBMOを形成させることで、重金属イオン以外にも、微生物との相互作用が少ないと考えられる希土類元素（レアアース）イオンを効率的に酸化や吸着により、濃縮回収することができることが明らかとなった。Mn(II)酸化真菌による連続的なBMOの形成を利用することで、廃電子基板等に含まれる多種類の無機元素を連続的に回収できるシステムを低コストで構築できる可能性を示したことは、社会的な意義が高い。

Research Products

• [Journal Article] Biogenic manganese oxides facilitate iodide oxidation at pH < 5 (2018)
  • Author(s): R. Grandbois, C. Yeager, Y. Tani, C. Xu, S. Zhang, M. Beaver, K. Schwehr, D. Kaplan, P. Santschi
  • Journal Title: Geomicrobiology Journal Volume: 35 Issue: 3 Pages: 167-173
  • DOI: 10.1080/01490451.2017.1338795
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Adsorption of Cs onto biogenic birnessite: effects of layer structure, ionic strength, and competition cations (2018)
  • Author(s): Q. Yu, K. Tanaka, N. Kozai, F. Sakamoto, Y. Tani, T. Ohnuk
  • Journal Title: ACS Earth and Space Chemistry Volume: 2 Pages: 797-810
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sequestration of La3+ by fungal manganese oxides and the effect of Mn(II) oxidase activity. (2017)
  • Author(s): H. Zheng, Y. Tani, H. Naitou, N. Miyata, F. Tojo, H. Seyama
  • Journal Title: Journal of Environmental Chemical Engineering Volume: 5 Issue: 1 Pages: 735-743
  • DOI: 10.1016/j.jece.2016.12.049
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oxidative Ce3+ sequestration on fungal manganese oxides with an associated Mn(II) oxidase activity. (2016)
  • Author(s): H. Zheng, Y. Tani, H. Naitou, N. Miyata, F. Tojo
  • Journal Title: Applied Geochemistry Volume: 71 Pages: 110-122
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] バイオマンガン酸化物によるレアメタル回収効率とその機構 (2018)
  • Author(s): 谷 幸則, 鄭 海粟, 常 佳寧, 内藤博敬, 田中万也, 宮田直幸, 瀬山春彦
  • Organizer: 日本水処理生物学会第５５回（郡山）
• [Presentation] 真菌によるバイオマンガン酸化物の形成と水処理への応用 (2018)
  • Author(s): 谷 幸則
  • Organizer: 平成30年度日本水環境学会中部支部研究発表会（金沢）
• [Presentation] バイオMn酸化物への共吸着を利用した無機ヒ素（Ⅴ）と重金属イオンの同時回収 (2018)
  • Author(s): 野口太輝, 内藤博敬, 谷 幸則
  • Organizer: 富士山麓アカデミック＆サイエンスフェア2018（富士）
• [Presentation] 真菌が形成したバイオMn酸化物による海水からのレアメタルの効率的な回収 (2018)
  • Author(s): 菅井康平, 内藤博敬, 谷 幸則:
  • Organizer: 富士山麓アカデミック＆サイエンスフェア2018（富士）
• [Presentation] 真菌によるバイオマンガン酸化物形成におけるBa2+の不可逆的な収着 (2017)
  • Author(s): 柿沼里実, 谷 幸則, 常 佳寧, 内藤博敬, 宮田直幸
  • Organizer: 日本水処理生物学会第54回大会（大阪）
• [Presentation] バイオマンガン酸化物の連続形成による希土類元素イオンの効率的な回収 (2017)
  • Author(s): 鄭 海粟, 谷 幸則, 内藤博敬, 宮田直幸
  • Organizer: 日本水処理生物学会第54回大会（大阪）
• [Presentation] Mn(II)酸化能を持つ:バイオマンガン酸化物によるCe3+の効率的回収 (2017)
  • Author(s): 鄭 海粟, 谷 幸則, 内藤博敬, 宮田直幸, 東條ふゆみ
  • Organizer: 第26回環境化学討論会（静岡）
• [Presentation] Sequestration of V(V), Mo(VI) and W(VI) by fungal manganese oxides (2017)
  • Author(s): Yukinori Tani, Tingting Wu, Hirotaka Naitou, Naoyuki Miyata
  • Organizer: 23th International Symposium on Environmental Biogeochemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Mn(II)酸化活性を保持したバイオマンガン酸化物の活性に対する希土類元素イオンの影響 (2016)
  • Author(s): 鄭 海粟, 谷 幸則, 内藤博敬, 宮田直幸
  • Organizer: 日本水処理生物学会第53回大会
  • Place of Presentation: 千葉工業大学
  • Year and Date: 2016-11-10
• [Presentation] 真菌Pleosporales sp. KK1-2株によるMn2+イオンの除去特性 (2016)
  • Author(s): 藤田大貴, 谷 幸則, 内藤博敬, 宮田直幸
  • Organizer: 日本水処理生物学会第53回大会
  • Place of Presentation: 千葉工業大学
  • Year and Date: 2016-11-10
• [Presentation] バイオマンガン酸化物による廃電子基板リーチング溶液からのレアメタルの回収 (2016)
  • Author(s): 谷 幸則, 常 佳寧,宮田直幸, 東條ふゆみ, 福島 淳, 梁 瑞録
  • Organizer: 日本水処理生物学会第53回大会
  • Place of Presentation: 千葉工業大学
  • Year and Date: 2016-11-10