Kilde: NewsCenter

Sjældne jordelementer(Rees) LigesomlanthanumogNeodymiumer vigtige komponenter i moderne elektronik, fra mobiltelefoner og solcellepaneler til satellitter og elektriske køretøjer. Disse tungmetaller forekommer rundt omkring os, omend i små mængder. Men efterspørgslen fortsætter med at stige, og fordi de forekommer i så lave koncentrationer, kan traditionelle metoder til udtrækning af REE'er være ineffektive, miljømæssigt forurenende og skadelige for arbejdstagernes sundhed.

Nu, med finansiering fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Miljømikrober som en bioingeniørressource (EMBER) -program, udvikler San Diego State University -forskere avancerede ekstraktionsmetoder med det formål at øge den indenlandske forsyning af REES.

”Vi forsøger at udvikle en ny procedure til bedring, der er miljøvenlig og mere bæredygtig,” sagde biolog og hovedundersøger Marina Kalyuzhnaya.

For at gøre dette vil forskerne benytte sig af den naturlige tilbøjelighed af metanforbrugende bakterier, der lever under ekstreme forhold for at fange REE'er fra miljøet.

”De kræver sjældne jordelementer for at gøre en af ​​de vigtigste enzymatiske reaktioner i deres metaboliske veje,” sagde Kalyuzhnaya.

Rees inkluderer de mange lanthanidelementer i den periodiske tabel. I samarbejde med University of California, Berkeley og Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) planlægger SDSU -forskerne at vende ingeniør de biologiske processer, der giver bakterierne mulighed for at høste metallerne fra miljøet. At forstå denne proces vil informere oprettelsen af ​​syntetiske designerproteiner, der binder med høj specificitet til forskellige typer lanthanider, ifølge biokemikeren John Love. PNNLs team identificerer de genetiske determinanter for de ekstremofile og REE akkumulerede bakterier og karakteriserer derefter deres REE -optagelse.

Holdet vil derefter ændre bakterierne til at producere de metalbindende proteiner på overfladen af ​​deres celler, sagde kærlighed.

Rees er relativt rigelige i mine tailings, affaldsprodukterne fra nogle metalmalm, såsom aluminium.

”Mine tailings er faktisk affald, som stadig har en masse nyttige materialer i det,” sagde Kalyuzhnaya.

For at rense og indsamle REE'erne inden for, vil disse opslæmninger af vand og knuste klipper blive kørt gennem et biofilter, der indeholder de modificerede bakterier, hvilket gør det muligt for designerproteinerne på overfladen af ​​bakterierne selektivt at binde til REES. Ligesom de metanelskende bakterier, der tjente som deres skabeloner, vil de forbedrede bakterier tolerere ekstremer af pH, temperatur og saltholdighed, forhold, der findes i mineudbøjningerne.

Forskerne vil samarbejde med en branchepartner, Palo Alto Research Center (PARC), et Xerox -selskab, for at bioprint et porøst, sorbent materiale til brug i biofilteret. Denne bioprinting-teknologi er billig og skalerbar og forventes at resultere i betydelige besparelser, når de anvendes bredt til mineralgenvinding.

Ud over at teste og optimere biofilteret, er teamet også nødt til at udvikle metoder til indsamling af de oprensede lanthanider fra selve biofilteret, ifølge miljøingeniør Christy Dykstra. Forskerne har slået sig sammen med et startfirma, Phoenix Tailings, for at teste og forfine gendannelsesprocessen.

Fordi målet er at udvikle en kommercielt bæredygtig, men miljøvenlig proces til udtrækning af REE'er, vil Dykstra og flere af projektpartnerne analysere omkostningerne ved systemet sammenlignet med andre teknologier til at inddrive lanthanider, men også miljøpåvirkningen.

”Vi forventer, at det ville have en masse fordele miljømæssigt og lavere energiomkostninger sammenlignet med det, der i øjeblikket bruges,” sagde Dykstra. ”Et system som dette ville være mere et passivt biofiltreringssystem med mindre energiindgange. Og derefter teoretisk mindre brug af virkelig miljøskadelige opløsningsmidler og lignende ting. En masse aktuelle processer vil bruge virkelig barske og ikke-miljømæssige venlige opløsningsmidler. ”

Dykstra bemærker også, at da bakterier gentager sig selv, er mikrobebaserede teknologier selvfornyende, "Mens vi skulle bruge en kemisk metode, ville vi konstant skulle producere mere og mere kemiske."

”Selvom det vil koste lidt mere, men det skader ikke miljøet, ville det være fornuftigt,” sagde Kalyuzhnaya.

Målet med det DARPA-finansierede projekt er at give proof-of-concept af den bio-drevne REE-gendannelse teknologi på fire år, som Kalyuzhnaya sagde vil kræve en strategisk vision og et tværfagligt syn.

Hun tilføjede, at projektet vil give SDSU -kandidatstuderende mulighed for at deltage i multidisciplinær forskning "og se, hvordan koncepter kan vokse fra bare ideer helt til pilot demonstration."

---

Posttid: Apr-17-2023