Nguồn: Newscenter

Các yếu tố đất hiếm(Rees) ThíchlanthanumVàNeodymiumlà các thành phần thiết yếu của các thiết bị điện tử hiện đại, từ điện thoại di động và tấm pin mặt trời đến vệ tinh và xe điện. Những kim loại nặng này xảy ra xung quanh chúng ta, mặc dù với số lượng nhỏ. Nhưng nhu cầu tiếp tục tăng và vì chúng xảy ra ở nồng độ thấp như vậy, các phương pháp chiết xuất Rees truyền thống có thể không hiệu quả, gây ô nhiễm môi trường và gây bất lợi cho sức khỏe của người lao động.

Giờ đây, với sự tài trợ của Cơ quan Môi trường Dự án Nghiên cứu Nâng cao Quốc phòng (DARPA) như một chương trình tài nguyên tài nguyên sinh học (EMBER), các nhà nghiên cứu của Đại học bang San Diego đang phát triển các phương pháp khai thác tiên tiến với mục đích tăng cường cung cấp Rees trong nước.

Nhà sinh vật học và hiệu trưởng Marina Kalyuzhnaya cho biết, chúng tôi đang cố gắng phát triển một quy trình phục hồi mới, thân thiện với môi trường và bền vững hơn.

Để làm điều này, các nhà nghiên cứu sẽ khai thác xu hướng tự nhiên của vi khuẩn tiêu thụ metan sống trong điều kiện khắc nghiệt để nắm bắt các rees từ môi trường.

Kalyuzhnaya cho biết, họ yêu cầu các yếu tố đất hiếm để tạo ra một trong những phản ứng enzyme quan trọng trong con đường trao đổi chất của họ.

Rees bao gồm nhiều yếu tố lanthanide của bảng tuần hoàn. Phối hợp với Đại học California, Berkeley và Phòng thí nghiệm quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương (PNNL), các nhà nghiên cứu SDSU có kế hoạch đảo ngược các quá trình sinh học cho phép vi khuẩn thu hoạch kim loại từ môi trường. Hiểu được quá trình này sẽ thông báo cho việc tạo ra các protein thiết kế tổng hợp liên kết với tính đặc hiệu cao với các loại lanthanides khác nhau, theo nhà sinh hóa John Love. Nhóm của PNNL sẽ xác định các yếu tố quyết định di truyền của vi khuẩn tích lũy cực đoan và REE, và sau đó đặc trưng cho sự hấp thu REE của chúng.

Sau đó, nhóm nghiên cứu sẽ sửa đổi vi khuẩn để tạo ra các protein liên kết bằng kim loại trên bề mặt tế bào của chúng, tình yêu cho biết.

Rees tương đối phong phú trong các chất thải mỏ, các sản phẩm chất thải của một số quặng kim loại, chẳng hạn như nhôm.

Kalyuzhnaya cho biết, các loại chất thải của mỏ thực sự là chất thải mà vẫn có rất nhiều vật liệu hữu ích trong đó, Kalyuzhnaya nói.

Để tinh chế và thu thập các Rees bên trong, những giọt nước và đá bị nghiền nát này sẽ được chạy qua một bộ lọc sinh học có chứa các vi khuẩn biến đổi, cho phép các protein thiết kế trên bề mặt vi khuẩn liên kết có chọn lọc với Rees. Giống như các vi khuẩn yêu metan đóng vai trò là mẫu của chúng, vi khuẩn được cải thiện sẽ chịu được sự cực đoan của pH, nhiệt độ và độ mặn, các điều kiện được tìm thấy trong các chất thải mỏ.

Các nhà nghiên cứu sẽ hợp tác với một đối tác trong ngành, Trung tâm nghiên cứu Palo Alto (PARC), một công ty Xerox, để bioprint một vật liệu xốp, chất hấp dẫn để sử dụng trong bộ lọc sinh học. Công nghệ in sinh học này có chi phí thấp và có thể mở rộng và được dự kiến ​​sẽ dẫn đến tiết kiệm đáng kể khi được áp dụng rộng rãi để phục hồi khoáng sản.

Ngoài việc thử nghiệm và tối ưu hóa bộ lọc sinh học, nhóm nghiên cứu cũng sẽ phải phát triển các phương pháp thu thập các lanthanides tinh khiết từ chính bộ lọc sinh học, theo kỹ sư môi trường Christy Dykstra. Các nhà nghiên cứu đã hợp tác với một công ty khởi nghiệp, Phoenix Statings, để kiểm tra và tinh chỉnh quá trình phục hồi.

Bởi vì mục tiêu là phát triển một quy trình thương mại nhưng thân thiện với môi trường để trích xuất Rees, Dykstra và một số đối tác dự án sẽ phân tích chi phí của hệ thống so với các công nghệ khác để phục hồi lanthanides, nhưng cũng có tác động môi trường.

Chúng tôi dự đoán rằng nó sẽ có rất nhiều lợi ích về môi trường và chi phí năng lượng thấp hơn so với những gì hiện đang được sử dụng, theo Dykstra. Một hệ thống như thế này sẽ là một hệ thống lọc sinh học thụ động, với ít đầu vào năng lượng hơn. Và sau đó, về mặt lý thuyết, ít sử dụng các dung môi thực sự có hại về môi trường và những thứ như thế. Rất nhiều quy trình hiện tại sẽ sử dụng các dung môi thực sự khắc nghiệt và không thân thiện với môi trường.

Dykstra cũng lưu ý rằng vì vi khuẩn tự sao chép, các công nghệ dựa trên vi khuẩn đang tự đổi mới, trong khi nếu chúng ta sử dụng một phương pháp hóa học, chúng ta sẽ phải liên tục sản xuất nhiều hóa chất hơn.

Ngay cả khi nó sẽ tốn nhiều chi phí hơn một chút, nhưng nó không gây hại cho môi trường, điều đó sẽ có ý nghĩa, Kalyuzhnaya nói.

Mục tiêu của dự án do DARPA tài trợ là cung cấp bằng chứng về khái niệm về công nghệ phục hồi REE điều khiển sinh học trong bốn năm, mà Kalyuzhnaya cho biết sẽ đòi hỏi một tầm nhìn chiến lược và triển vọng liên ngành.

Cô nói thêm rằng dự án sẽ cung cấp cho sinh viên tốt nghiệp SDSU cơ hội tham gia vào nghiên cứu đa ngành và xem các khái niệm có thể phát triển như thế nào từ các ý tưởng chỉ để trình diễn thí điểm.

---

Thời gian đăng: Tháng 4-17-2023