منبع:newscenter

عناصر خاکی کمیاب(REEs) دوست دارندلانتانیمونئودیمیماجزای ضروری الکترونیک مدرن هستند، از تلفن های همراه و پنل های خورشیدی گرفته تا ماهواره ها و وسایل نقلیه الکتریکی. این فلزات سنگین در اطراف ما وجود دارند، البته در مقادیر بسیار ناچیز. اما تقاضا همچنان در حال افزایش است و از آنجایی که آنها در غلظت‌های پایین رخ می‌دهند، روش‌های سنتی استخراج عناصر REE می‌تواند ناکارآمد، آلودگی محیط‌زیست و برای سلامت کارگران مضر باشد.

اکنون، با کمک مالی آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) میکروب های محیطی به عنوان یک برنامه مهندسی زیستی (EMBER)، محققان دانشگاه ایالتی سن دیگو در حال توسعه روش های استخراج پیشرفته با هدف افزایش عرضه داخلی REE هستند.

مارینا کالیوژنایا، زیست شناس و محقق اصلی گفت: "ما در تلاش هستیم تا روش جدیدی برای بازیابی ایجاد کنیم که سازگار با محیط زیست و پایدارتر باشد."

برای انجام این کار، محققان از تمایل طبیعی باکتری‌های مصرف‌کننده متان که در شرایط سخت زندگی می‌کنند برای جذب عناصر REE از محیط استفاده می‌کنند.

کالیوزنایا گفت: «آنها برای انجام یکی از واکنش های آنزیمی کلیدی در مسیرهای متابولیکی خود به عناصر کمیاب خاکی نیاز دارند.

عناصر REE شامل بسیاری از عناصر لانتانید جدول تناوبی است. با همکاری دانشگاه کالیفرنیا، برکلی و آزمایشگاه ملی شمال غربی اقیانوس آرام (PNNL)، محققان SDSU قصد دارند فرآیندهای بیولوژیکی را که به باکتری‌ها اجازه می‌دهد فلزات را از محیط برداشت کنند، مهندسی معکوس کنند. به گفته جان لاو، بیوشیمی‌دان، درک این فرآیند به ایجاد پروتئین‌های طراح مصنوعی که با ویژگی بالایی به انواع مختلف لانتانیدها متصل می‌شوند، خبر می‌دهد. تیم PNNL عوامل ژنتیکی باکتری های اکستروموفیل و تجمع کننده REE را شناسایی کرده و سپس جذب REE آنها را مشخص خواهد کرد.

به گفته لاو، این تیم سپس باکتری ها را برای تولید پروتئین های متصل به فلز در سطح سلول هایشان اصلاح می کند.

عناصر REE در باطله های معادن، محصولات زائد برخی از سنگ های فلزی، مانند آلومینیوم، نسبتاً فراوان هستند.

کالیوژنایا گفت: «پسماندهای معدن در واقع زباله هایی هستند که هنوز هم مواد مفید زیادی در خود دارند.

برای خالص‌سازی و جمع‌آوری عناصر REE در داخل، این دوغاب‌های آب و سنگ‌های خرد شده از طریق یک فیلتر زیستی حاوی باکتری‌های اصلاح‌شده عبور داده می‌شوند و به پروتئین‌های طراح روی سطح باکتری اجازه می‌دهند تا به‌طور انتخابی به REE‌ها متصل شوند. مانند باکتری های متان دوست که به عنوان الگوی آنها عمل می کردند، باکتری های بهبود یافته PH، دما و شوری شدید را تحمل می کنند، شرایطی که در باطله معدن وجود دارد.

محققان با یک شریک صنعتی، مرکز تحقیقات پالو آلتو (PARC)، یک شرکت زیراکس، برای چاپ زیستی یک ماده متخلخل و جاذب برای استفاده در بیوفیلتر، همکاری خواهند کرد. این فناوری چاپ زیستی کم‌هزینه و مقیاس‌پذیر است و پیش‌بینی می‌شود در صورت استفاده گسترده در بازیابی مواد معدنی، صرفه‌جویی قابل توجهی را به همراه داشته باشد.

به گفته مهندس محیط زیست کریستی دایکسترا، علاوه بر آزمایش و بهینه سازی بیوفیلتر، تیم همچنین باید روش هایی را برای جمع آوری لانتانیدهای خالص شده از خود فیلتر زیستی توسعه دهد. محققان با یک شرکت نوپا به نام Phoenix Tailings همکاری کرده اند تا فرآیند بازیابی را آزمایش و اصلاح کنند.

از آنجایی که هدف توسعه یک فرآیند تجاری قابل دوام اما سازگار با محیط زیست برای استخراج عناصر REE است، Dykstra و چندین شریک پروژه هزینه‌های سیستم را در مقایسه با سایر فناوری‌ها برای بازیابی لانتانیدها و همچنین اثرات زیست‌محیطی تجزیه و تحلیل خواهند کرد.

Dykstra گفت: "ما پیش بینی می کنیم که مزایای زیادی از نظر زیست محیطی و هزینه انرژی کمتری در مقایسه با آنچه در حال حاضر استفاده می شود، داشته باشد." سیستمی مانند این بیشتر یک سیستم بیوفیلتراسیون غیرفعال با انرژی ورودی کمتر خواهد بود. و سپس، از نظر تئوری، استفاده کمتر از حلال های واقعاً مضر برای محیط زیست و مواردی از این قبیل. بسیاری از فرآیندهای فعلی از حلال‌های واقعاً خشن و غیر سازگار با محیط زیست استفاده می‌کنند.

Dykstra همچنین خاطرنشان می‌کند که از آنجایی که باکتری‌ها خود را تکثیر می‌کنند، فناوری‌های مبتنی بر میکروب خود تجدید می‌شوند، «در حالی که اگر بخواهیم از یک روش شیمیایی استفاده کنیم، باید به طور مداوم مواد شیمیایی بیشتری تولید کنیم.»

کالیوزنایا گفت: «حتی اگر هزینه آن کمی بیشتر باشد، اما به محیط زیست آسیب نرساند، منطقی است.

هدف پروژه با بودجه دارپا ارائه اثبات مفهوم فناوری بازیابی REE مبتنی بر زیست محیطی در چهار سال است که به گفته کالیوژنایا به یک چشم انداز استراتژیک و یک چشم انداز بین رشته ای نیاز دارد.

او افزود که این پروژه به دانشجویان فارغ التحصیل SDSU این فرصت را می دهد تا در تحقیقات چند رشته ای شرکت کنند "و ببینند چگونه مفاهیم می توانند از ایده ها تا نمایش آزمایشی رشد کنند."

---

زمان ارسال: آوریل-17-2023