Biohybrid Alchemy: Transforming Wastewater Contaminants Into Chemicals

Újra kiadta Platón

Követő: 0

A kutatók egy új módszert javasoltak a szennyvízszennyeződések értékes vegyi anyagokká történő átalakítására napfény segítségével, amely lehetőséget kínál a fenntartható és körkörös vegyszergyártáshoz.

A hagyományos vegyipari gyártás energiaigényes eljárásokon alapul. Az új tanulmány szerzői szerint a félvezető biohibridek, amelyek hatékony fénygyűjtő anyagokat és élő sejteket egyesítenek, izgalmas lehetőségként jelentek meg azok számára, akik a napenergiát vegyi anyagok előállítására szeretnék felhasználni.

A kihívás most abban rejlik, hogy találjunk egy gazdaságilag életképes és környezetbarát módot a technológia bővítésére.

ben jelent meg A természet fenntarthatósága októberében.

A munkát GAO Xiang professzor a Kínai Tudományos Akadémia Shenzheni Fejlett Technológiai Intézetéből (SIAT) és LU Lu professzor a Harbini Műszaki Intézettől vezette.
A kutatók arra törekedtek, hogy a szennyvízből származó szennyező anyagokat félvezető biohibridekké alakítsák közvetlenül a szennyvízkörnyezetben. A koncepció magában foglalja a szennyvízben jelenlévő szerves szén, nehézfémek és szulfátvegyületek nyersanyagként történő felhasználását e biohibridek előállításához, majd értékes vegyi anyagokká alakítását.

Mindazonáltal a valódi ipari szennyvíz általában változó összetételű főbb szerves szennyező anyagokat, nehézfémeket és összetett szennyező anyagokat tartalmaz, amelyek gyakran mérgezőek a baktériumsejtekre, és nehezen metabolizálódnak hatékonyan. Nagy mennyiségű sót és oldott oxigént is tartalmaz, amihez aerob szulfátredukciós képességgel rendelkező baktériumok szükségesek. Ezért kihívást jelent a szennyvizet baktériumok alapanyagaként használni.

Ennek leküzdésére a kutatók egy gyorsan növekvő tengeri baktériumot, a Vibrio natriegenst választották ki, amely kivételesen tolerálja a magas sókoncentrációt, és képes különféle szénforrásokat hasznosítani. Aerob szulfátredukciós utat vezettek be a V. natriegensbe, és megtanították a megtervezett törzset különböző fém- és szénforrások felhasználására, hogy közvetlenül ilyen szennyvízből félvezető biohibrideket állítsanak elő.

Elsődleges célvegyszerük a 2,3-butándiol (BDO) volt, amely értékes vegyi anyag.

Egy V. natriegens törzs megtervezésével hidrogén-szulfidot hoztak létre, amely kulcsszerepet játszott a hatékony fényelnyelő CdS nanorészecskék előállításának elősegítésében. Ezek a biokompatibilitásukról híres nanorészecskék lehetővé tették félvezető biohibridek in situ létrehozását, és lehetővé tették a nem fotoszintetikus baktériumok számára a fény hasznosítását.

Az eredmények azt mutatták, hogy ezek a napfény által aktivált biohibridek szignifikánsan megnövekedett BDO-termelést mutattak, meghaladva a pusztán baktériumsejtekkel elérhető hozamokat. Ezen túlmenően a folyamat skálázhatóságot mutatott, és tényleges szennyvíz felhasználásával jelentős, 5 literes mennyiségben napenergiával hajtott BDO-termelést ért el.

Az életciklus-értékelés azt mutatja, hogy ez a specifikus biohibrid út jelentős fenntarthatósági javulást eredményez a hagyományos 2,3-butándiol előállítási módokhoz képest.

„A biohibrid platform nemcsak alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátással büszkélkedhet, hanem csökkenti a termékköltségeket is, ami összességében kisebb környezeti hatást eredményez a hagyományos bakteriális fermentációval és a fosszilis tüzelőanyag-alapú BDO gyártási módszerekkel összehasonlítva” – mondta Prof. GAO. "Figyelemre méltó, hogy ezeket a biohibrideket különféle szennyvízforrások felhasználásával lehet előállítani."

A szerzők szerint a munka egy lépéssel előre hozhatja a napenergiával hajtott biogyártást és a hulladékból vagyongá alakítást, és megnyithatja az utat a tisztább termelés és a körforgásos gazdaság felé.