nguồn: Phys.org

Các nguyên tố đất hiếm từ quặng rất quan trọng cho cuộc sống hiện đại nhưng việc tinh chế chúng sau khi khai thác rất tốn kém, gây hại cho môi trường và hầu hết được thực hiện ở nước ngoài.

Một nghiên cứu mới mô tả bằng chứng về nguyên tắc chế tạo vi khuẩn Gluconobacter oxydans, bước tiến lớn đầu tiên hướng tới việc đáp ứng nhu cầu nguyên tố đất hiếm đang tăng vọt theo cách phù hợp với chi phí và hiệu quả của các phương pháp tinh chế và chiết xuất nhiệt hóa truyền thống và đủ sạch để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường của Mỹ.

Buz Barstow, tác giả chính của bài báo và là trợ lý giáo sư về kỹ thuật sinh học và môi trường tại Đại học California, cho biết: “Chúng tôi đang cố gắng đưa ra một phương pháp thân thiện với môi trường, nhiệt độ thấp, áp suất thấp để tách các nguyên tố đất hiếm ra khỏi đá”. Đại học Cornell.

Các nguyên tố—trong đó có 15 nguyên tố trong bảng tuần hoàn—cần thiết cho mọi thứ từ máy tính, điện thoại di động, màn hình, micrô, tua-bin gió, xe điện và dây dẫn đến radar, sóng siêu âm, đèn LED và pin sạc.

Mặc dù Mỹ từng tự tinh chế các nguyên tố đất hiếm nhưng hoạt động sản xuất đó đã dừng lại từ hơn 5 thập kỷ trước. Giờ đây, việc sàng lọc những yếu tố này hầu như diễn ra hoàn toàn ở các quốc gia khác, đặc biệt là Trung Quốc.

Đồng tác giả Esteban Gazel, phó giáo sư khoa học trái đất và khí quyển tại Cornell cho biết: “Phần lớn việc sản xuất và khai thác nguyên tố đất hiếm nằm trong tay các quốc gia nước ngoài”. “Vì vậy, vì an ninh của đất nước và lối sống của chúng ta, chúng ta cần quay trở lại con đường kiểm soát nguồn tài nguyên đó.”

Để đáp ứng nhu cầu hàng năm của Hoa Kỳ về các nguyên tố đất hiếm, cần khoảng 71,5 triệu tấn (~78,8 triệu tấn) quặng thô để khai thác 10.000 kg (~22.000 pound) nguyên tố.

Các phương pháp hiện nay dựa vào việc hòa tan đá bằng axit sunfuric nóng, sau đó sử dụng dung môi hữu cơ để tách các nguyên tố riêng lẻ rất giống nhau trong dung dịch.

Barstow nói: “Chúng tôi muốn tìm ra cách tạo ra một lỗi có thể thực hiện công việc đó tốt hơn”.

G. oxydans được biết đến với khả năng tạo ra một loại axit gọi là chất sinh học có tác dụng hòa tan đá; vi khuẩn sử dụng axit để tách phốt phát từ các nguyên tố đất hiếm. Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu điều khiển gen của G. oxydans để nó chiết xuất các nguyên tố hiệu quả hơn.

Để làm như vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công nghệ mà Barstow giúp phát triển, được gọi là Knockout Sudoku, cho phép họ vô hiệu hóa lần lượt 2.733 gen trong bộ gen của G. oxydans. Nhóm nghiên cứu đã tuyển chọn những người đột biến, mỗi người bị loại bỏ một gen cụ thể, để họ có thể xác định gen nào đóng vai trò trong việc lấy các nguyên tố ra khỏi đá.

"Tôi vô cùng lạc quan," Gazel nói. "Chúng tôi có một quy trình ở đây sẽ hiệu quả hơn bất kỳ quy trình nào đã được thực hiện trước đây."

Alexa Schmitz, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Barstow, là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, “Bộ sưu tập Gluconobacter oxydans Knockout tìm ra khả năng chiết xuất nguyên tố đất hiếm được cải thiện”, được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.

---

Thời gian đăng: 19-11-2021