综述：真菌生物浸出用于金属回收：近期进展与技术进展

《Journal of Fungi》：Fungal Bioleaching for Metal Recovery: Recent Progress and Technological Advances

　　

真菌生物浸出(fungal bioleaching)作为一种绿色可持续的金属回收技术，在应对全球日益增长的金属需求和二次资源利用方面展现出独特优势。本综述系统总结了真菌生物浸出用于金属回收的近期进展与技术进展。真菌通过三种核心机制——酸解(acidolysis)、络合解(complexolysis)和氧化还原解(redoxolysis)——溶解金属，这些机制由有机酸（柠檬酸(citric acid)、草酸(oxalic acid)、葡糖酸(gluconic acid)）介导，同时细胞壁功能基团可实现生物吸附(biosorption)。现代生物浸出中最常用的菌属（曲霉属(Aspergillus)、青霉属(Penicillium)、木霉属(Trichoderma)）已从电子垃圾(e-waste)中实现了显著的金属回收率（铜(Cu)、锂(Li)、钴(Co)高达100%），稀土元素(rare earth elements, REEs)（以微生物联合体方式回收率可达76%），尾矿和废催化剂中亦有显著回收效果。关键参数（pH、温度、矿浆密度）的优化以及智能策略（响应面法(response surface methodology, RSM)、机器学习(machine learning)）的应用进一步提高了浸出效率。菌株工程和合成生物学(synthetic biology)为构建超高效菌株提供了新途径。尽管仍存在动力学缓慢和放大困难等瓶颈，但真菌生物浸出在推动循环金属经济和绿色冶金转型方面具有广阔的工业前景。

1. 引言
自工业革命以来，全球经济发展长期依赖化石燃料，而当前能源转型又大幅增加了对锂、钴、镍及稀土元素(REEs)等战略性金属矿产的需求。全球金属年消费量高达20亿吨，一次矿产开采每年需消耗32亿吨原矿，导致高品位矿石资源枯竭并产生大量工业废物。两类主要二次金属废物流已成为突出的全球环境与资源问题：采矿尾矿和废电气电子设备(WEEE)。电子垃圾中金属浓度远超天然矿石，是典型的“城市矿山”。传统火法冶金和湿法冶金分别存在高能耗、高排放以及强酸强碱污染等问题，对低品位复杂二次废物经济性差。生物浸出作为一种微生物介导的金属溶解技术，可成为可持续替代方案。细菌生物浸出受pH适应范围窄和复杂基质耐受性差的限制，而真菌生物浸出因能适应较宽pH范围、耐受高浓度重金属、可利用低成本碳源并分泌多种有机酸而具有独特优势。本综述系统总结了2020—2026年真菌生物浸出的最新进展、核心机制、优势菌属、影响因素、应用现状及先进优化策略。

2. 真菌生物浸出的机制
真菌生物浸出主要由有机酸分泌驱动。异养真菌通过碳水化合物代谢产生多种低分子量有机酸，以酸解、络合解和氧化还原解三种核心途径溶解金属。酸解是有机酸释放质子降低环境pH，通过质子攻击矿物表面促进溶解；络合解是有机酸阴离子（尤其是草酸盐和柠檬酸盐）与金属离子形成可溶性络合物，防止沉淀；氧化还原解涉及生物介导的电子转移改变金属氧化态，如草酸可将Mn(IV)还原为Mn(II)，但氧化还原酶（漆酶、锰过氧化物酶、木质素过氧化物酶）对金属浸出的贡献尚不明确，在某些研究中的相关性并不显著。真菌细胞壁的羟基、羧基、氨基和磷酰基等功能基团可通过离子交换、静电作用和配位作用结合金属离子，实现生物吸附。此外，真菌具有金属耐受基因和金属转运蛋白，可调节胞内金属离子浓度，从而在高金属环境中维持代谢活性。

3. 主要真菌属及操作特性
在文献统计中，曲霉属(Aspergillus)出现频率最高，为51.7%；其次为青霉属(Penicillium)，占15.5%；木霉属(Trichoderma)占5.2%。其他真菌属还包括Phanerochaete、Lentinus、Pleurotus、Ganoderma、Trametes、Purpureocillium、Talaromyces等。黑曲霉(A. niger)可同时分泌葡糖酸、草酸和柠檬酸，在蔗糖培养条件下对废旧手机印刷电路板(PCB)中锌和镍的浸出效率达100%，铜为94%；简青霉(P. simplicissimum)以高产草酸著称，在高矿浆密度PCB体系中铜浸出效率可达100%；木霉属主要用于低品位尾矿中镍和锌的回收。高效生物浸出真菌需具备快速生长、高效