Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

بازنشر افلاطون

دنبال: 0

محققان روش جدیدی را برای تبدیل آلاینده‌های فاضلاب به مواد شیمیایی ارزشمند با استفاده از نور خورشید پیشنهاد کرده‌اند که راهی برای تولید مواد شیمیایی پایدار و دایره‌ای ارائه می‌کند.

تولید شیمیایی متعارف بر فرآیندهای انرژی بر متکی است. نویسندگان این مطالعه جدید می‌گویند که بیوهیبریدهای نیمه‌رسانا، که مواد جمع‌آوری نور کارآمد و سلول‌های زنده را ترکیب می‌کنند، به عنوان یک امکان هیجان‌انگیز برای کسانی که به دنبال استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید مواد شیمیایی هستند، پدیدار شده‌اند.

چالش در حال حاضر در یافتن راهی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای افزایش مقیاس فناوری است.

منتشر شد در پایداری طبیعت در ماه اکتبر.

این کار توسط پروفسور GAO Xiang از موسسه فناوری پیشرفته شنژن (SIAT) آکادمی علوم چین و پروفسور LU Lu از موسسه فناوری هاربین رهبری شد.
محققان تصمیم گرفتند تا آلاینده های فاضلاب را مستقیماً در محیط فاضلاب به بیوهیبریدهای نیمه هادی تبدیل کنند. این مفهوم شامل استفاده از کربن آلی، فلزات سنگین و ترکیبات سولفات موجود در فاضلاب به عنوان مواد خام برای ساخت این بیوهیبریدها و متعاقبا تبدیل آنها به مواد شیمیایی ارزشمند است.

با این وجود، فاضلاب صنعتی واقعی معمولاً از نظر ترکیبی از آلاینده‌های اصلی آلی، فلزات سنگین و آلاینده‌های پیچیده متفاوت است که همگی اغلب برای سلول‌های باکتری سمی هستند و متابولیسم کارآمد برای آنها دشوار است. همچنین حاوی سطوح بالایی از نمک و اکسیژن محلول است که به باکتری هایی با ظرفیت کاهش سولفات هوازی نیاز دارد. بنابراین، استفاده از فاضلاب به عنوان خوراک باکتری ها چالش برانگیز است.

برای غلبه بر این مسئله، محققان یک باکتری دریایی با رشد سریع به نام Vibrio natriegens را انتخاب کردند که دارای تحمل استثنایی برای غلظت نمک بالا و ظرفیت استفاده از منابع مختلف کربن است. آنها یک مسیر کاهش سولفات هوازی را به V. natriegens معرفی کردند و این سویه مهندسی شده را برای استفاده از منابع فلزی و کربنی مختلف به منظور تولید بیوهیبریدهای نیمه هادی مستقیماً از چنین فاضلابی آموزش دادند.

ماده شیمیایی هدف اولیه آنها برای تولید 2,3،XNUMX-بوتاندیول (BDO)، یک ماده شیمیایی کالای ارزشمند بود.

آنها با مهندسی سویه ای از V. natriegens، سولفید هیدروژن تولید کردند که نقشی محوری در تسهیل تولید نانوذرات CdS ایفا کرد که به طور موثر نور را جذب می کنند. این نانوذرات که به دلیل زیست سازگاری خود شهرت دارند، امکان ایجاد بیوهیبریدهای نیمه هادی در محل را فراهم کردند و باکتری های غیر فتوسنتزی را قادر ساختند که از نور استفاده کنند.

نتایج نشان داد که این بیوهیبریدهای فعال شده با نور خورشید به طور قابل‌توجهی تولید BDO را افزایش دادند و از بازدهی قابل دستیابی به تنهایی از طریق سلول‌های باکتریایی پیشی گرفتند. علاوه بر این، این فرآیند مقیاس پذیری را نشان داد و تولید BDO مبتنی بر خورشید را در مقیاس 5 لیتری با استفاده از فاضلاب واقعی به دست آورد.

ارزیابی چرخه حیات نشان می‌دهد که این مسیر بیوهیبرید خاص در مقایسه با مسیرهای تولید ۲،۳-بوتاندیول معمولی، افزایش پایداری قابل‌توجهی دارد.

پروفسور GAO گفت: "پلت فرم بیوهیبرید نه تنها دارای ردپای کربن کمتری است، بلکه هزینه های محصول را نیز کاهش می دهد، که منجر به اثرات زیست محیطی کلی کمتری در مقایسه با هر دو روش تخمیر باکتریایی سنتی و تولید BDO مبتنی بر سوخت فسیلی می شود." قابل توجه است که این بیوهیبریدها را می توان با استفاده از منابع مختلف فاضلاب تولید کرد.

نویسندگان می گویند این کار می تواند تولید زیستی مبتنی بر خورشید و تبدیل زباله به ثروت را یک گام به جلو بیاورد و راه را برای تولید پاک تر و اقتصاد دایره ای هموار کند.