Källa: NewsCenter

Sällsynta jordelement(Rees) somlantanochneodymär viktiga komponenter i modern elektronik, från mobiltelefoner och solpaneler till satelliter och elektriska fordon. Dessa tungmetaller förekommer runt omkring oss, om än i små mängder. Men efterfrågan fortsätter att öka och eftersom de förekommer i så låga koncentrationer kan traditionella metoder för att extrahera REE vara ineffektiva, miljömässigt förorenande och skadligt för arbetarnas hälsa.

Nu, med finansiering från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microbes som ett bioingenjörsprogram (Ember), utvecklar San Diego State University forskare avancerade extraktionsmetoder med syftet att öka det inhemska utbudet av REES.

"Vi försöker utveckla ett nytt förfarande för återhämtning som är miljövänlig och mer hållbar", säger biolog och huvudutredare Marina Kalyuzhnaya.

För att göra detta kommer forskarna att utnyttja den naturliga benägenheten hos metankonsumtiva bakterier som lever under extrema förhållanden för att fånga Rees från miljön.

"De kräver sällsynta jordarelement för att göra en av de viktigaste enzymatiska reaktionerna i sina metaboliska vägar," sade Kalyuzhnaya.

Rees inkluderar de många lantanidelementen i det periodiska tabellen. I samarbete med University of California, Berkeley och Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) planerar SDSU -forskarna att omvända de biologiska processerna som gör att bakterierna kan skörda metallerna från miljön. Att förstå denna process kommer att informera skapandet av syntetiska designerproteiner som binder med hög specificitet till olika typer av lanthanider, enligt biokemisten John Love. PNNL: s team kommer att identifiera de genetiska determinanterna för de extremofila och REE som ackumulerar bakterier och sedan karakteriserar deras REE -upptag.

Teamet kommer sedan att modifiera bakterierna för att producera de metallbindande proteinerna på ytan av deras celler, sa kärlek.

Rees är relativt rikliga i gruvavfall, avfallsprodukter från vissa metallmalmer, såsom aluminium.

"Gruvan är faktiskt avfall som fortfarande har mycket användbara material i det," sade Kalyuzhnaya.

För att rena och samla Rees inom kommer dessa sluror av vatten och krossade stenar att köras genom ett biofilter som innehåller de modifierade bakterierna, vilket gör att designerproteinerna på ytan av bakterierna selektivt kan binda till REE: erna. Liksom de metanälskande bakterierna som fungerade som deras mallar, kommer de förbättrade bakterierna att tolerera extremer av pH, temperatur och salthalt, förhållanden som finns i gruvskakningarna.

Forskarna kommer att samarbeta med en branschpartner, Palo Alto Research Center (PARC), ett Xerox -företag, för att BioPrint ett poröst, sorbentmaterial för användning i biofilteren. Denna biotrycksteknik är billig och skalbar och beräknas resultera i betydande besparingar när den appliceras i stort på mineralåtervinning.

Förutom att testa och optimera biofilteren måste teamet också utveckla metoder för att samla de renade lantaniderna från själva biofilteren, enligt miljöingenjören Christy Dykstra. Forskarna har samarbetat med ett startföretag, Phoenix -avgångar, för att testa och förfina återhämtningsprocessen.

Eftersom målet är att utveckla en kommersiellt hållbar men miljövänlig process för att extrahera REE, kommer Dykstra och flera av projektpartnerna att analysera kostnaderna för systemet jämfört med andra tekniker för att återhämta lanthanider, men också miljöpåverkan.

"Vi räknar med att det skulle ha många fördelar miljömässigt och lägre energikostnader jämfört med vad som för närvarande används," sade Dykstra. ”Ett system som detta skulle vara mer ett passivt biofiltreringssystem, med mindre energiingångar. Och sedan, teoretiskt, mindre användning av riktigt miljöskadliga lösningsmedel och liknande saker. Många aktuella processer kommer att använda riktigt hårda och icke-miljövänliga lösningsmedel. ”

Dykstra noterar också att eftersom bakterier replikerar sig själva, mikrob-baserade tekniker är självförnyande, "medan vi skulle använda en kemisk metod, måste vi ständigt producera mer och mer kemiska."

"Även om det kommer att kosta lite mer, men det skadar inte miljön, skulle det vara meningsfullt," sade Kalyuzhnaya.

Målet med det DARPA-finansierade projektet är att tillhandahålla ett bevis för den biodrivna REE-återhämtningstekniken på fyra år, vilket Kalyuzhnaya sade kommer att kräva en strategisk vision och en tvärvetenskaplig syn.

Hon tillade att projektet kommer att ge SDSU -doktorander möjlighet att delta i tvärvetenskaplig forskning "och se hur koncept kan växa från bara idéer hela vägen till pilotdemonstration."

---

Posttid: april-17-2023