Bron: NewsCenter

Zeldzame aardelementen(Rees) LikelanthaanEnneodymiumzijn essentiële componenten van moderne elektronica, van mobiele telefoons en zonnepanelen tot satellieten en elektrische voertuigen. Deze zware metalen komen overal om ons heen voor, zij het in kleine hoeveelheden. Maar de vraag blijft stijgen en omdat ze zich voordoen in dergelijke lage concentraties, kunnen traditionele methoden voor het extraheren van REE's inefficiënt, milieuvriendelijk en schadelijk zijn voor de gezondheid van werknemers.

Nu, met financiering van de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) Environmental Microben als een bio -engineering resource (EMBER) -programma, ontwikkelen onderzoekers van San Diego State University geavanceerde extractiemethoden met als doel het binnenlandse aanbod van Rees te stimuleren.

"We proberen een nieuwe procedure voor herstel te ontwikkelen die milieuvriendelijk en duurzamer is", aldus bioloog en hoofdonderzoeker Marina Kalyuzhnaya.

Om dit te doen, zullen de onderzoekers gebruikmaken van de natuurlijke neiging van methaan-consumerende bacteriën die in extreme omstandigheden leven om Rees uit het milieu te vangen.

"Ze hebben zeldzame aardelementen nodig om een ​​van de belangrijkste enzymatische reacties in hun metabole paden te maken," zei Kalyuzhnaya.

Rees omvat de vele lanthanide -elementen van het periodiek systeem. In samenwerking met de Universiteit van Californië, Berkeley en Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), zijn de SDSU -onderzoekers van plan de biologische processen reverse -engineeren waarmee de bacteriën de metalen uit het milieu kunnen oogsten. Inzicht in dit proces zal de oprichting van synthetische designer -eiwitten informeren die binden met een hoge specificiteit voor verschillende soorten lanthaniden, volgens biochemist John Love. Het team van PNNL zal de genetische determinanten van de extremofiele en REE -accumulerende bacteriën identificeren en vervolgens hun REE -opname karakteriseren.

Het team zal vervolgens de bacteriën wijzigen om de metaalbindende eiwitten op het oppervlak van hun cellen te produceren, zei liefde.

Rees zijn relatief overvloedig in mijnafval, de afvalproducten van sommige metalen ertsen, zoals aluminium.

"Mijn residuen zijn eigenlijk afval dat nog steeds veel nuttige materialen bevat," zei Kalyuzhnaya.

Om de REE's binnenin te zuiveren en te verzamelen, worden deze slurries water en gemalen rotsen door een biofilter die de gemodificeerde bacteriën bevat, waardoor de designer -eiwitten op het oppervlak van de bacteriën selectief aan de REES kunnen binden. Net als de methaanminnende bacteriën die als hun sjablonen dienden, zullen de verbeterde bacteriën uitersten van pH, temperatuur en zoutgehalte, omstandigheden in de mijnafval verdragen.

De onderzoekers zullen samenwerken met een industriële partner, Palo Alto Research Center (PARC), een Xerox -bedrijf, om een ​​poreus, sorberend materiaal te bioprint voor gebruik in de biofilter. Deze bioprintingtechnologie is goedkoop en schaalbaar en zal naar verwachting leiden tot aanzienlijke besparingen wanneer deze in grote lijnen worden toegepast op mineraalherstel.

Naast het testen en optimaliseren van de biofilter, zal het team ook methoden moeten ontwikkelen voor het verzamelen van de gezuiverde lanthaniden uit de biofilter zelf, volgens milieu -ingenieur Christy Dykstra. De onderzoekers hebben samengewerkt met een startende bedrijf, Phoenix Tailings, om het herstelproces te testen en te verfijnen.

Omdat het doel is om een ​​commercieel levensvatbaar maar milieuvriendelijk proces te ontwikkelen voor het extraheren van Rees, zullen Dykstra en verschillende van de projectpartners de kosten van het systeem analyseren in vergelijking met andere technologieën voor het herstellen van lanthaniden, maar ook de impact van het milieu.

"We verwachten wel dat het veel voordelen op het milieu zou hebben en de energiekosten zou verlagen in vergelijking met wat momenteel wordt gebruikt," zei Dykstra. “Een systeem als dit zou meer een passief biofiltratiesysteem zijn, met minder energie -inputs. En dan, theoretisch, minder gebruik van echt milieuvriendelijke schadelijke oplosmiddelen en dat soort dingen. Veel huidige processen zullen echt harde en niet-milieuvriendelijke oplosmiddelen gebruiken. ”

Dykstra merkt ook op dat, aangezien bacteriën zichzelf repliceren, op microbe gebaseerde technologieën zelfvernieuwing zijn, "terwijl als we een chemische methode zouden gebruiken, we voortdurend meer en meer chemisch zouden moeten produceren."

"Zelfs als het een beetje meer kost, maar het is geen schade aan het milieu, dat zou logisch zijn," zei Kalyuzhnaya.

Het doel van het door DARPA gefinancierde project is om in vier jaar proof-of-concept van de bio-gedreven REE-hersteltechnologie te bieden, die volgens Kalyuzhnaya een strategische visie en een kruisdisciplinaire vooruitzichten vereisen.

Ze voegde eraan toe dat het project SDSU -afgestudeerde studenten de mogelijkheid zal bieden om deel te nemen aan multidisciplinair onderzoek "en te zien hoe concepten kunnen groeien uit alleen ideeën tot pilootdemonstratie."

---

Posttijd: april-17-2023