都柏林三一学院研究团队近日公布的一项研究显示，通常被作为废弃物送往填埋场的牡蛎壳，可能成为去除水体污染物的低成本材料。相关成果已发表在《环境科学总论》期刊上。研究指出，废弃海壳——尤其是牡蛎壳——能够在自然矿物反应过程中捕获污染水体中的稀土元素，并将其转化为稳定的矿物晶体固定在壳体材料内部。

稀土元素被广泛用于风力涡轮机、电动汽车和智能手机等现代技术产品。研究团队在论文中提到，稀土金属在开采和加工环节可能泄漏进入水体，从而带来环境风险；同时，由于全球供应高度集中且需求持续增长，稀土也处于地缘政治紧张的议题之中。研究称，一旦稀土元素进入河流或湖泊，可能在水生生态系统中累积并干扰微生物、植物和动物，因此寻找可持续的去除方法成为一项紧迫挑战。

在实验室实验中，研究人员将破碎的贝壳样品（贻贝、蛤蜊和牡蛎）置于含稀土元素的溶液中。结果显示，贝壳会触发一系列化学反应：壳体中的矿物发生溶解，并被含稀土元素的新矿物所替代。研究人员将这一过程描述为贝壳充当“模板”，把溶解态金属转化为固态矿物晶体，并将其锁定在贝壳材料内部。

在对比测试的贝壳材料中，牡蛎壳表现最为突出。研究称，牡蛎壳的天然微观结构使反应能够深入颗粒内部，从而捕获的稀土元素显著多于其他贝壳。研究团队认为，这意味着贝壳废料有望用于处理受污染水体，并可能用于回收工业废水中的贵重金属。

都柏林三一学院自然科学学院的Rémi Rateau博士作为第一作者表示，研究中观察到相对少量的贝壳废料即可从受污染水体中去除大量稀土金属，“只需几公斤牡蛎壳就能产生切实的影响”。他同时指出，全球水产养殖业每年产生数百万吨贝壳废料，其中大部分被丢弃或送往填埋场，将其再利用既可作为环境清理工具，也可能成为一种可持续回收路径。

项目负责人Juan Diego Rodriguez-Blanco博士补充称，该过程“完全由矿物驱动”，贝壳能够自然地将溶解的稀土元素转化为新的固态矿物，因此不需要大量资金投入或复杂技术设备。他表示，通过理解反应机理，有望进一步设计低成本且环保的策略，从受污染水体中去除关键金属，并为这一主要废弃物赋予新的用途。

研究进一步解释了反应的矿物学路径：当贝壳与富含稀土元素的溶液接触时，贝壳中的碳酸钙矿物溶解，稀土碳酸盐矿物在其位置结晶。该转化遵循矿物相序列“碳酸钙→镧石→钴石→羟基巴斯纳石”，其中钴石在实验条件下最常见。

研究称，反应过程中稀土碳酸盐晶体会在贝壳颗粒表面形成结壳。在贻贝和蛤蜊壳样品中，这层结壳会较快变得不透水，限制进一步反应，导致超过一半的原始贝壳未发生变化；而牡蛎壳的多孔微观结构使反应能够贯穿整个颗粒，实现几乎完全替代原有碳酸钙。

在吸附能力方面，研究报告牡蛎壳的稀土吸附量最高，可达每克牡蛎壳约1.5克稀土金属。研究人员据此指出，少量贝壳废料即可从稀土富集的污染水体中去除大量溶解态稀土元素。

Rodriguez-Blanco博士还表示，研究显示不同稀土元素会在晶体生长的不同阶段被掺入，这一发现提示未来相关过程可能用于更环保的稀土分离技术。