导语
稀土元素作为现代科技产业的“维生素”，其可持续获取已成为全球资源战略的焦点。传统矿山开采伴生严重环境问题，而新兴的植物采矿技术虽具生态友好潜力，却受限于下游回收效率低、能耗高等瓶颈。如何将前沿电热技术应用于生物质资源化，实现稀土高效、低碳回收，是当前绿色冶金与循环材料领域的重大挑战。
2026年2月2日，清华大学刘建国教授、邓兵助理教授团队在《Communications Materials》 上发表了题为 “Sustainable rare earth extraction from phytomining by rapid electrothermal calcination” 的研究论文。该研究创新性地将脉冲焦耳热技术引入植物采矿下游处理环节，仅用约1000°C、20秒的超快热处理，成功活化稀土超富集植物（乌毛蕨、芒萁），使其后续稀酸浸出回收率突破97.3%，同时单位能耗降低74%，碳排放削减76%。研究通过多尺度表征与系统性评估，首次揭示了秒级热活化如何重构生物质微观结构、转化稀土形态，从而打通“植物富集—高效释放—绿色提取”的全链条技术路径，为区域化、低碳化稀土资源供给提供了可扩展的工艺平台。
🔬 研究核心亮点
⚡ 秒级活化，效率颠覆
采用碳纸焦耳加热，实现约 200°C/s 的超快升温，在20秒内完成生物质热解与稀土活化，相比传统数小时马弗炉煅烧，时间缩短 99.8%，提取率从90.3%提升至97.3%。
🌱 双体系验证，普适性强
在乌毛蕨与芒萁两种典型超富集植物中均实现 >96.5% 的稀土提取率，证明该电热活化策略具有良好的基质适用性与工艺稳健性。
📊 机制清晰，构效关联明确
通过SEM、XPS、形态提取等多尺度分析，阐明“快速热解→多孔结构形成→稀土氧化物转化→有机结合态解离”的活化机制，将工艺参数与微观结构、化学形态动态关联。
♻️ 可持续性双重验证
结合生命周期评估与技术经济分析，量化REC工艺的碳减排效益（~76%）与运营成本优势（仅为传统工艺的~24%），为其工程化与产业化提供了扎实的数据支撑。
📈 图文解读
图1：REC工艺流程与超快热活化示意图
图1a 展示了从植物采集、干燥、粉碎到电热活化、酸浸回收的全流程。
图1e–g 为核心创新点：碳纸作为电阻加热器，在秒级时间内实现~1000°C高温并伴有强烈光发射，表明快速氧化反应与热解过程，为后续稀土高效释放奠定基础。
图2：提取效率优化与动力学提升
在最优条件（1000°C, 20 s）下，乌毛蕨中稀土提取率达 97.3%（图2b）。
酸浸动力学显示，活化后样品在相同时间内提取率始终领先（图2c），证实REC不仅提升最终回收率，也显著加快浸出进程。
图3：多尺度机制揭示——从结构到化学形态
SEM显示活化后生物质表面由致密变为粗糙多孔（图3b），极大增加酸接触面积。
XPS与形态提取实验表明，REC将稀土从强有机结合态转化为更易浸出的氧化物态与残渣态（图3f, i），这是提取率突破的关键。
图4：跨体系普适性验证
在另一种超富集植物芒萁中，REC同样实现96.5%的高提取率（图4e-g），且XRD谱图呈现相似矿物相转化，证明该方法具备良好的跨物种适用性。
图5：可持续性综合评价——环境与经济效益双优
生命周期评估显示，REC在气候变化、人类毒性等多个影响类别中显著优于传统工艺（图5b-e）。
技术经济分析进一步表明，其运营成本仅为马弗炉煅烧的 ~24%（图5f），在效率、环境、经济三维雷达图中表现全面领先（图5g）。
🌍 总结与展望
本研究成功将超快焦耳热技术与植物采矿相结合，构建了一条“快速活化—高效提取—低碳运行”的稀土绿色回收新路径。不仅实现了接近完全的稀土提取率，更通过系统性评估印证了其显著的节能减排与成本优势。
这项工作为植物采矿从实验室走向规模化应用提供了关键的下游技术支撑，其启示与潜力包括：
🔁 工艺集成化：未来可将REC与可再生能源供电、生物浸出菌群联用，进一步降低碳足迹与化学试剂依赖。
🌿 基质拓展：尝试应用于其他重金属富集植物或农业废弃物，拓宽技术在资源回收与污染修复中的应用场景。
🏭 工程化放大：开发连续式电热活化反应器，推动该技术从批次实验迈向连续生产，助力区域性、分布式稀土资源循环体系的构建。
这项研究标志着植物采矿技术正式步入高效化、低碳化、可扩展化的新阶段，为战略性金属的可持续供应提供了具有落地潜力的解决方案。
📚 文献信息
Mingyue Xu, Bing Deng, Erkang Feng, Teng Wang, Zefang Yin, Ziyu Huang, Wen-Shen Liu, Xianlai Zeng, Lena Q. Ma, Rongliang Qiu & Jianguo Liu.
Sustainable rare earth extraction from phytomining by rapid electrothermal calcination.
Commun Mater (2026).
https://doi.org/10.1038/s43246-026-01089-x
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