šaltinis: naujienų centras

Retųjų žemių elementai(REES) patinkalantanasirneodimioyra esminiai šiuolaikinės elektronikos komponentai – nuo ​​mobiliųjų telefonų ir saulės baterijų iki palydovų ir elektrinių transporto priemonių. Šių sunkiųjų metalų yra visur aplink mus, nors ir nedideliais kiekiais. Tačiau paklausa ir toliau auga, todėl tradiciniai REE gavybos metodai gali būti neveiksmingi, teršiantys aplinką ir kenkiantys darbuotojų sveikatai, kadangi jų koncentracija yra tokia maža.

Dabar, finansuodami Gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros (DARPA) Aplinkos mikrobų kaip bioinžinerijos išteklių (EMBER) programą, San Diego valstijos universiteto mokslininkai kuria pažangius gavybos metodus, siekdami padidinti REE pasiūlą.

„Stengiamės sukurti naują atkūrimo procedūrą, kuri būtų draugiškesnė aplinkai ir tvaresnė“, – sakė biologė ir vyriausioji tyrėja Marina Kalyuzhnaya.

Norėdami tai padaryti, mokslininkai pasinaudos natūraliu metaną vartojančių bakterijų, gyvenančių ekstremaliomis sąlygomis, polinkiu užfiksuoti REE iš aplinkos.

„Jiems reikia retųjų žemių elementų, kad jų metabolizmo keliuose būtų viena iš pagrindinių fermentinių reakcijų“, - sakė Kalyuzhnaya.

REE apima daugybę periodinės lentelės lantanido elementų. Bendradarbiaudami su Kalifornijos universitetu, Berkliu ir Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų nacionaline laboratorija (PNNL), SDSU mokslininkai planuoja pakeisti biologinius procesus, leidžiančius bakterijoms surinkti metalus iš aplinkos. Pasak biochemiko Johno Love'o, šio proceso supratimas padės sukurti sintetinius dizainerio baltymus, kurie labai specifiškai jungiasi su įvairių tipų lantanidais. PNNL komanda nustatys ekstremofilinių ir REE kaupiančių bakterijų genetinius veiksnius ir apibūdins jų REE įsisavinimą.

Tada komanda modifikuos bakterijas, kad gamintų metalus surišančius baltymus jų ląstelių paviršiuje, sakė Love.

REE yra gana daug kasyklų atliekose, kai kurių metalų rūdų, pavyzdžiui, aliuminio, atliekose.

„Kasyklų atliekos iš tikrųjų yra atliekos, kuriose vis dar yra daug naudingų medžiagų“, – sakė Kalyuzhnaya.

Norint išvalyti ir surinkti viduje esančias REE, šios vandens ir susmulkintų uolienų srutos bus paleistos per biofiltrą, kuriame yra modifikuotų bakterijų, todėl bakterijų paviršiuje esantys baltymai gali selektyviai prisijungti prie REE. Kaip ir metaną mėgstančios bakterijos, kurios buvo jų šablonai, patobulintos bakterijos toleruos kraštutinius pH, temperatūrą ir druskingumą – sąlygas, esančias kasyklų atliekose.

Tyrėjai bendradarbiaus su pramonės partneriu Palo Alto tyrimų centru (PARC), „Xerox“ kompanija, siekdami biospausdinti porėtą sorbentinę medžiagą, skirtą naudoti biofiltre. Ši biologinio spausdinimo technologija yra nebrangi ir keičiamo dydžio, todėl numatoma sutaupyti daug lėšų, kai ji bus plačiai taikoma mineralų atgavimui.

Pasak aplinkos inžinieriaus Christy Dykstra, be biofiltro bandymų ir optimizavimo, komanda taip pat turės sukurti metodus, kaip surinkti išgrynintus lantanidus iš paties biofiltro. Tyrėjai bendradarbiavo su pradedančia įmone „Phoenix Tailings“, kad išbandytų ir patobulintų atkūrimo procesą.

Kadangi tikslas yra sukurti komerciškai perspektyvų, bet aplinkai nekenksmingą REE gavybos procesą, Dykstra ir keli projekto partneriai analizuos sistemos sąnaudas, palyginti su kitomis lantanidų atgavimo technologijomis, ir poveikį aplinkai.

„Tikimės, kad tai duos daug naudos aplinkai ir sumažins energijos sąnaudas, palyginti su šiuo metu naudojamomis, – sakė Dykstra. „Tokia sistema būtų labiau pasyvi biofiltravimo sistema su mažiau energijos sąnaudų. Ir tada, teoriškai, mažiau naudojami tikrai aplinkai kenksmingi tirpikliai ir panašūs dalykai. Daugelyje dabartinių procesų bus naudojami tikrai atšiaurūs ir aplinkai nekenksmingi tirpikliai.

Dykstra taip pat pažymi, kad kadangi bakterijos dauginasi, mikrobų pagrindu sukurtos technologijos atsinaujina savaime, „o jei naudotume cheminį metodą, turėtume nuolat gaminti vis daugiau cheminių medžiagų“.

„Net jei tai kainuos šiek tiek brangiau, bet nekenkia aplinkai, tai būtų prasminga“, – sakė Kalyuzhnaya.

DARPA finansuojamo projekto tikslas – per ketverius metus pateikti biologiškai varomos REE atkūrimo technologijos koncepcijos įrodymą, kuriam, pasak Kalyuzhnaya, reikės strateginės vizijos ir tarpdisciplininės perspektyvos.

Ji pridūrė, kad projektas suteiks SDSU absolventams galimybę dalyvauti daugiadalykiuose tyrimuose „ir pamatyti, kaip koncepcijos gali išsivystyti nuo tiesiog idėjų iki bandomojo demonstravimo“.

---

Paskelbimo laikas: 2023-04-17