Kilde: NewsCenter

Sjeldne jordelementer(Rees) somLantanumogneodymer viktige komponenter i moderne elektronikk, fra mobiltelefoner og solcellepaneler til satellitter og elektriske kjøretøyer. Disse tungmetallene forekommer rundt oss, om enn i små mengder. Men etterspørselen fortsetter å stige, og fordi de forekommer i så lave konsentrasjoner, kan tradisjonelle metoder for å trekke ut Rees være ineffektive, miljøforurensende og skadelige for arbeidernes helse.

Nå, med finansiering fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Miljømikrober som et bioingeniør -program (EMBER) -programmet, utvikler San Diego State University -forskere avanserte ekstraksjonsmetoder med sikte på å øke den innenlandske tilførselen av Rees.

"Vi prøver å utvikle en ny prosedyre for bedring som er miljøvennlig og mer bærekraftig," sa biolog og hovedetterforsker Marina Kalyuzhnaya.

For å gjøre dette, vil forskerne benytte seg av den naturlige tilbøyeligheten til metan-konsumerende bakterier som lever under ekstreme forhold for å fange Rees fra miljøet.

"De krever sjeldne jordelementer for å lage en av de viktigste enzymatiske reaksjonene i sine metabolske veier," sa Kalyuzhnaya.

Rees inkluderer de mange lantanidelementene i det periodiske tabellen. I samarbeid med University of California, Berkeley og Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), planlegger SDSU -forskerne å reversere de biologiske prosessene som lar bakteriene høste metallene fra miljøet. Å forstå denne prosessen vil informere opprettelsen av syntetiske designerproteiner som binder seg med høy spesifisitet til forskjellige typer lantanider, ifølge biokjemikeren John Love. PNNLs team vil identifisere de genetiske determinantene til det ekstremofile og REE som akkumulerer bakterier, og deretter karakterisere deres REE -opptak.

Teamet vil deretter endre bakteriene for å produsere metallbindende proteiner på overflaten av cellene sine, sa kjærlighet.

Rees er relativt rikelig i gruveavskjæringer, avfallsproduktene fra noen metallmalm, for eksempel aluminium.

"Mine avskjæringer er faktisk avfall som fremdeles har mye nyttige materialer i seg," sa Kalyuzhnaya.

For å rense og samle REE -ene innenfor, vil disse slammene av vann og knuste bergarter bli kjørt gjennom en biofilter som inneholder de modifiserte bakteriene, slik at designerproteinene på overflaten av bakteriene selektivt binder seg til Rees. I likhet med de metanelskende bakteriene som tjente som malene, vil de forbedrede bakteriene tåle ekstreme pH, temperatur og saltholdighet, forhold som finnes i gruveavskjæringen.

Forskerne vil samarbeide med en bransjepartner, Palo Alto Research Center (PARC), et Xerox -selskap, for å bioprint et porøst, sorbent materiale for bruk i biofilteret. Denne bioprintingsteknologien er rimelig og skalerbar og er anslått til å resultere i betydelige besparelser når den brukes bredt på mineralgjenvinning.

I tillegg til å teste og optimalisere biofilteret, vil teamet også måtte utvikle metoder for å samle de rensede lantanider fra selve biofilteret, ifølge miljøingeniør Christy Dykstra. Forskerne har gått sammen med et oppstartsselskap, Phoenix Tailings, for å teste og avgrense gjenopprettingsprosessen.

Fordi målet er å utvikle en kommersielt levedyktig, men miljøvennlig prosess for å trekke ut Rees, vil Dykstra og flere av prosjektpartnerne analysere kostnadene for systemet sammenlignet med andre teknologier for å gjenopprette lantanider, men også miljøpåvirkningen.

"Vi forventer at det vil ha mange fordeler miljømessige og lavere energikostnader sammenlignet med det som for øyeblikket brukes," sa Dykstra. "Et system som dette ville være mer et passivt biofiltreringssystem, med mindre energiinnganger. Og så, teoretisk, mindre bruk av virkelig miljøskadelige løsningsmidler og sånt. Mange nåværende prosesser vil bruke virkelig tøffe og ikke-miljøvennlige løsningsmidler. ”

Dykstra bemerker også at siden bakterier gjenskaper seg, er mikrobebaserte teknologier selvfornyende, "mens vi skulle bruke en kjemisk metode, må vi kontinuerlig produsere mer og mer kjemisk."

"Selv om det vil koste litt mer, men det skader ikke miljøet, vil det være fornuftig," sa Kalyuzhnaya.

Målet med det DARPA-finansierte prosjektet er å gi proof-of-concept av den biokrevne REE-gjenvinningsteknologien på fire år, som Kalyuzhnaya sa vil kreve en strategisk visjon og et tverrfaglig syn.

Hun la til at prosjektet vil gi SDSU -studenter muligheten til å delta i tverrfaglig forskning "og se hvordan konsepter kan vokse fra bare ideer helt til pilotdemonstrasjon."

---

Post Time: Apr-17-2023