Quelle: NewsCenter

Seltenerdelemente(Rees) wieLanthanUndNeodymsind wesentliche Bestandteile der modernen Elektronik, von Mobiltelefonen und Sonnenkollektoren bis hin zu Satelliten und Elektrofahrzeugen. Diese Schwermetalle kommen überall um uns herum, wenn auch in winzigen Mengen. Die Nachfrage steigt jedoch weiter und weil sie in solch geringen Konzentrationen auftreten, können traditionelle Methoden zum Extrahieren von REEs ineffizient, umweltverschmutzt und schädlich für die Gesundheit der Arbeitnehmer sein.

Mit der Finanzierung der Umweltmikroben der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) als Bioengineering Resource (Ember) -Programm (Ember) entwickeln Forscher der San Diego State University fortgeschrittene Extraktionsmethoden mit dem Ziel, die heimische Versorgung von Rees zu steigern.

"Wir versuchen, ein neues Verfahren für die Genesung zu entwickeln, das umweltfreundlich und nachhaltiger ist", sagte Biologe und Schulleiterin Marina Kalyuzhnaya.

Dazu nutzen die Forscher die natürliche Neigung von Methan-konsumierenden Bakterien, die unter extremen Bedingungen leben, um REEs aus der Umwelt zu erfassen.

"Sie benötigen seltene Erdelemente, um eine der wichtigsten enzymatischen Reaktionen auf ihren Stoffwechselwegen zu führen", sagte Kalyuzhnaya.

Zu den Rees gehören die vielen Lanthanidelemente des Periodenzüchtertabels. In Zusammenarbeit mit dem Nationallabor der University of California, Berkeley und dem Pacific Northwest National (PNNL) planen die SDSU -Forscher, die biologischen Prozesse umzukehren, die es den Bakterien ermöglichen, die Metalle aus der Umwelt zu ernten. Das Verständnis dieses Prozesses wird die Erstellung von synthetischen Designerproteinen beeinflussen, die laut Biochemisten John Love mit einer hohen Spezifität an verschiedene Arten von Lanthaniden binden. Das Team von PNNL identifiziert die genetischen Determinanten der extremophilen und ree akkumulierenden Bakterien und charakterisieren dann ihre REE -Aufnahme.

Das Team wird dann die Bakterien modifizieren, um die Metallbindungsproteine ​​auf der Oberfläche ihrer Zellen zu produzieren, sagte Love.

REES sind in Minenschlungen relativ reichlich vorhanden, die Abfallprodukte einiger Metallerze wie Aluminium.

"Mine Tailings sind tatsächlich Abfall, die immer noch viele nützliche Materialien enthält", sagte Kalyuzhnaya.

Um die REEs innerhalb zu reinigen und zu sammeln, werden diese Wasserschlämme von Wasser und zerkleinerten Gesteinen durch einen Biofilter geführt, der die modifizierten Bakterien enthält, sodass die Designerproteine ​​auf der Oberfläche der Bakterien selektiv an die REE binden können. Wie die Methanliebwerksbakterien, die als Vorlagen dienten, tolerieren die verbesserten Bakterien die Extreme von pH, Temperatur und Salzgehalt, die in den Minenschwankungen enthalten sind.

Die Forscher werden mit einem Branchenpartner, dem Palo Alto Research Center (PARC), einem Xerox -Unternehmen, zusammenarbeiten, um ein poröses Sorbenmaterial für die Verwendung im Biofilter zu bioprint. Diese Bioprinting-Technologie ist kostengünstig und skalierbar und wird voraussichtlich zu erheblichen Einsparungen führen, wenn sie weitgehend auf die Mineralgewinnung angewendet werden.

Neben dem Testen und Optimieren des Biofilters muss das Team auch Methoden entwickeln, um die gereinigten Lanthanide aus dem Biofilter selbst zu sammeln, so der Umweltingenieur Christy Dykstra. Die Forscher haben sich mit einem Startup -Unternehmen, Phoenix Tailings, zusammengetan, um den Wiederherstellungsprozess zu testen und zu verfeinern.

Da das Ziel darin besteht, einen kommerziell tragfähigen, aber umweltfreundlichen Prozess zur Extraktion von Rees zu entwickeln, werden Dykstra und mehrere der Projektpartner die Kosten des Systems im Vergleich zu anderen Technologien zur Wiederherstellung von Lanthaniden, aber auch der Umweltauswirkungen analysieren.

"Wir gehen davon aus, dass es im Vergleich zu dem, was derzeit verwendet wird, umwelt- und geringere Energiekosten umweltverträglich und niedriger hätte", sagte Dykstra. „Ein System wie dieses wäre eher ein passives Biofiltrationssystem mit weniger Energieeingaben. Und dann theoretisch weniger Gebrauch von wirklich umweltschädlichen Lösungsmitteln und solchen Dingen. Viele aktuelle Prozesse werden wirklich harte und nicht umweltfreundliche Lösungsmittel verwenden. “

Dykstra merkt auch an, dass sich die Technologien auf Mikrobenbasis, da sich Bakterien selbst replizieren, selbsternau.

"Selbst wenn es ein bisschen mehr kosten wird, aber es schadet die Umwelt nicht, das wäre sinnvoll", sagte Kalyuzhnaya.

Das Ziel des DARPA-finanzierten Projekts ist es, in vier Jahren den Nachweis der biologischen Ree-Recovery-Technologie vorzulegen, die Kalyuzhnaya laut Kalyuzhnaya eine strategische Vision und einen interdisziplinären Ausblick erfordern wird.

Sie fügte hinzu, dass das Projekt SDSU -Doktoranden die Möglichkeit bietet, an multidisziplinären Forschungen teilzunehmen und zu sehen, wie Konzepte von nur Ideen bis hin zu Pilotdemonstrationen wachsen können.

---

Postzeit: Apr-17-2023