Lähde: NewsCenter

Harvinaiset maametallit(Rees) kutenlanthanumjaneodymiumovat nykyaikaisen elektroniikan olennaisia ​​komponentteja matkapuhelimista ja aurinkopaneeleista satelliitteihin ja sähköajoneuvoihin. Näitä raskasmetalleja esiintyy ympärillämme, vaikkakin pieninä määrinä. Mutta kysyntä kasvaa edelleen ja koska niitä esiintyy niin alhaisissa pitoisuuksissa, perinteiset REES -menetelmät voivat olla tehottomia, ympäristöystävällisiä ja haitallisia työntekijöiden terveydelle.

Nyt, kun puolustusalan Advanced Research Projects Agency (DARPA) -ympäristömikrobit rahoitetaan bioinsinöörien resurssien (EMBER) ohjelmana, San Diegon osavaltion yliopiston tutkijat kehittävät edistyneitä uuttomenetelmiä REES: n kotimaisen tarjonnan parantamiseksi.

"Yritämme kehittää uuden paranemismenettelyn, joka on ympäristöystävällinen ja kestävämpi", sanoi biologi ja päätutkija Marina Kalyuzhnaya.

Tätä varten tutkijat hyödyntävät äärimmäisissä olosuhteissa elävien metaania kuluttavien bakteerien luonnollista taipumusta REES: n ympäristöstä.

"Ne vaativat harvinaisia ​​maametallien elementtejä yhden tärkeimmistä entsymaattisista reaktioista metabolisilla reiteillään", Kalyuzhnaya sanoi.

Rees sisältää jaksollisen taulukon monia lantanidielementtejä. SDSU: n tutkijat suunnittelevat yhteistyössä Kalifornian yliopiston, Berkeleyn ja Tyynenmeren luoteis -kansallisen laboratorion (PNNL) kanssa biologisten prosessien suunnittelun, joiden avulla bakteerit voivat korjata metallit ympäristöstä. Tämän prosessin ymmärtäminen antaa tietoa synteettisten suunnittelijaproteiinien luomisesta, jotka sitoutuvat suurella spesifisyydellä erityyppisiin lantanideihin, biokemistin John Love: n mukaan. PNNL: n ryhmä tunnistaa ekstremofiilisten ja REE: n keräävien bakteerien geneettiset tekijät ja karakterisoi niiden REE: n imeytymisen.

Ryhmä modifioi sitten bakteereja tuottamaan metallia sitovia proteiineja solujensa pinnalle, sanoi rakkaus.

Rees on suhteellisen runsaasti kaivoksen räätälöissä, joidenkin metallimalmien, kuten alumiinin, jätetuotteet.

"Kaivoksen rikastus on todella jätettä, jossa on edelleen paljon hyödyllisiä materiaaleja", sanoi Kalyuzhnaya.

REES: n puhdistamiseksi ja keräämiseksi sisälle nämä veden lietteet ja murskatut kivet ajetaan modifioituja bakteereja sisältävän biofilterin läpi, jolloin bakteerien pinnalla olevat suunnittelijaproteiinit sitoutuvat selektiivisesti Reesiin. Kuten metaania rakastavat bakteerit, jotka toimivat niiden mallina, parannetut bakteerit sietävät pH: n, lämpötilan ja suolapitoisuuden äärimmäisyyksiä, miinan räätälöissä olevia olosuhteita.

Tutkijat tekevät yhteistyötä teollisuuskumppanin, Palo Alto Research Centerin (PARC) kanssa, Xerox -yhtiön, bioprintin kanssa huokoisen, sorbenttimateriaalin biofilterissä käytettäväksi. Tämä biopäästötekniikka on edullinen ja skaalautuva, ja sen ennustetaan johtavan merkittäviin säästöihin, kun sitä sovelletaan laajasti mineraalien palautumiseen.

Biofilterin testaamisen ja optimoinnin lisäksi ryhmän on myös kehitettävä menetelmiä puhdistettujen lantanidien keräämiseksi itse biofilteristä, ympäristöinsinöörin Christy Dykstran mukaan. Tutkijat ovat ryhtyneet yhteistyöhön startup -yrityksen, Phoenix -räätälöiden kanssa, testata ja tarkentaa palautusprosessia.

Koska tavoitteena on kehittää kaupallisesti kannattava, mutta ympäristöystävällinen prosessi REES: n purkamiseksi, Dykstra ja useat projektipartnerit analysoivat järjestelmän kustannuksia verrattuna muihin Lanhanides -palauttamistekniikoihin, mutta myös ympäristövaikutuksiin.

"Odotamme, että sillä olisi paljon hyötyä ympäristöystävällisistä energiakustannuksista verrattuna nykyiseen käytettyyn", Dykstra sanoi. ”Tällainen järjestelmä olisi enemmän passiivista biofiltraatiojärjestelmää, jolla on vähemmän energiatuloja. Ja sitten teoreettisesti vähemmän ympäristöystävällisten liuottimien ja vastaavien käyttöä. Monet nykyiset prosessit käyttävät todella ankaria ja ei-ympäristöystävällisiä liuottimia. "

Dykstra toteaa myös, että koska bakteerit replikoivat itse, mikrobipohjaiset tekniikat ovat itse uudistumassa, "vaikka jos käyttäisimme kemiallista menetelmää, meidän on jatkuvasti tuotettava enemmän ja enemmän kemiallisia" "

"Vaikka se maksaa hiukan enemmän, mutta se ei vahingoita ympäristöä, se olisi järkevää", sanoi Kalyuzhnaya.

DARPA: n rahoittaman hankkeen tavoitteena on tarjota todiste biopohjaisesta REE-palautusteknologiasta neljässä vuodessa, jonka Kalyuzhnayan mukaan vaatii strategisen vision ja poikkitieteellisen näkymän.

Hän lisäsi, että projekti tarjoaa SDSU: n jatko -opiskelijoille mahdollisuuden osallistua monitieteiseen tutkimukseen "ja katso, kuinka käsitteet voivat kasvaa vain ideoista aina pilottin esittelyyn."

---

Viestin aika: huhtikuu 17-2023