Sumber: NewsCenter

Unsur -unsur nadir bumi(Rees) SepertilanthanumdanNeodymiumadalah komponen penting elektronik moden, dari telefon bimbit dan panel solar ke satelit dan kenderaan elektrik. Logam berat ini berlaku di sekeliling kita, walaupun dalam kuantiti kecil. Tetapi permintaan terus meningkat dan kerana ia berlaku dalam kepekatan yang rendah, kaedah tradisional untuk mengekstrak REE boleh tidak cekap, mencemarkan alam sekitar, dan merugikan kesihatan pekerja.

Sekarang, dengan pembiayaan dari Mikrob Alam Sekitar Projek Penyelidikan Lanjutan Pertahanan (DARPA) sebagai program Sumber Bioengineering (Ember), penyelidik San Diego State University sedang membangunkan kaedah pengekstrakan lanjutan dengan tujuan untuk meningkatkan bekalan domestik REE.

"Kami cuba membangunkan prosedur baru untuk pemulihan yang mesra alam dan lebih mampan," kata ahli biologi dan penyiasat utama Marina Kalyuzhnaya.

Untuk melakukan ini, para penyelidik akan memanfaatkan kecenderungan semulajadi bakteria yang memakan metana yang hidup dalam keadaan yang melampau untuk menangkap Rees dari alam sekitar.

"Mereka memerlukan unsur -unsur nadir bumi untuk membuat salah satu reaksi enzimatik utama dalam laluan metabolik mereka," kata Kalyuzhnaya.

Rees termasuk banyak elemen lanthanide jadual berkala. Dengan kerjasama University of California, Berkeley dan Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), penyelidik SDSU merancang untuk membalikkan jurutera proses biologi yang membolehkan bakteria menuai logam dari alam sekitar. Memahami proses ini akan memaklumkan penciptaan protein pereka sintetik yang mengikat dengan kekhususan yang tinggi kepada pelbagai jenis lanthanides, menurut biokimia John Love. Pasukan PNNL akan mengenal pasti penentu genetik bakteria yang melampau dan REE, dan kemudian mencirikan pengambilan REE mereka.

Pasukan itu akan mengubah suai bakteria untuk menghasilkan protein yang mengikat logam di permukaan sel mereka, kata Love.

Rees agak banyak di tailing lombong, produk sisa beberapa bijih logam, seperti aluminium.

"Tailing saya sebenarnya sisa yang masih mempunyai banyak bahan berguna di dalamnya," kata Kalyuzhnaya.

Untuk membersihkan dan mengumpul rees di dalam, bubur air dan batu -batu yang dihancurkan ini akan dijalankan melalui biofilter yang mengandungi bakteria yang diubahsuai, yang membolehkan protein pereka di permukaan bakteria untuk mengikat secara selektif ke REE. Seperti bakteria yang disayangi metana yang berfungsi sebagai templat mereka, bakteria yang lebih baik akan bertolak ansur dengan pH, suhu dan kemasinan, keadaan yang terdapat di tailing lombong.

Para penyelidik akan bekerjasama dengan rakan industri, Pusat Penyelidikan Palo Alto (PARC), sebuah syarikat Xerox, untuk bioprint bahan yang berliang, sorben untuk digunakan dalam biofilter. Teknologi bioprinting ini adalah kos rendah dan berskala dan dijangka menghasilkan penjimatan yang ketara apabila digunakan secara meluas untuk pemulihan mineral.

Di samping menguji dan mengoptimumkan biofilter, pasukan itu juga perlu membangunkan kaedah untuk mengumpul lanthanides yang disucikan dari biofilter itu sendiri, menurut jurutera alam sekitar Christy Dykstra. Para penyelidik telah bekerjasama dengan syarikat permulaan, Phoenix Tailings, untuk menguji dan memperbaiki proses pemulihan.

Kerana matlamatnya adalah untuk membangunkan proses yang berdaya maju tetapi mesra alam untuk mengekstrak Rees, Dykstra dan beberapa rakan kongsi projek akan menganalisis kos sistem berbanding dengan teknologi lain untuk memulihkan lanthanides, tetapi juga kesan alam sekitar.

"Kami menjangkakan bahawa ia akan mempunyai banyak faedah dari segi alam sekitar dan kos tenaga yang lebih rendah berbanding dengan apa yang sedang digunakan," kata Dykstra. "Sistem seperti ini akan menjadi lebih banyak sistem biofiltrasi pasif, dengan kurang input tenaga. Dan kemudian, secara teorinya, kurang penggunaan pelarut yang benar -benar berbahaya dan perkara -perkara seperti itu. Banyak proses semasa akan menggunakan pelarut yang sangat keras dan tidak mesra alam. "

Dykstra juga mencatatkan bahawa sejak bakteria meniru diri mereka, teknologi berasaskan mikrob adalah pembaharuan diri, "sedangkan jika kita menggunakan kaedah kimia, kita perlu terus menghasilkan lebih banyak kimia."

"Walaupun ia akan menelan belanja sedikit lebih, tetapi ia tidak membahayakan alam sekitar, itu akan masuk akal," kata Kalyuzhnaya.

Matlamat projek yang dibiayai oleh DARPA adalah untuk menyediakan konsep bukti teknologi REE-pemulihan bio dalam tempoh empat tahun, yang dikatakan Kalyuzhnaya akan memerlukan visi strategik dan pandangan lintas disiplin.

Beliau menambah bahawa projek itu akan menyediakan pelajar siswazah SDSU dengan peluang untuk mengambil bahagian dalam penyelidikan pelbagai disiplin "dan melihat bagaimana konsep dapat berkembang dari hanya idea -idea sepanjang jalan ke demonstrasi perintis."

---

Masa Post: Apr-17-2023