Биогибридная алхимия: Преобразование загрязнителей сточных вод в химикаты

Переиздано Платоном

Читают: 0

Исследователи предложили новый метод преобразования загрязнителей сточных вод в ценные химические вещества с использованием солнечного света, открывая путь для устойчивого и замкнутого химического производства.

Традиционное химическое производство основано на энергоемких процессах. Полупроводниковые биогибриды, сочетающие в себе эффективные светособирающие материалы и живые клетки, стали интересной возможностью для тех, кто хочет использовать солнечную энергию для производства химических веществ, говорят авторы нового исследования.

Сейчас задача заключается в поиске экономически жизнеспособного и экологически безопасного способа расширения масштабов этой технологии.

Он был опубликован в Устойчивость природы в октябре.

Работой руководили профессор Гао Сян из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук и профессор Лу Лу из Харбинского технологического института.
Исследователи намеревались преобразовать загрязняющие вещества из сточных вод в полупроводниковые биогибриды непосредственно в среде сточных вод. Концепция предполагает использование органического углерода, тяжелых металлов и сульфатных соединений, присутствующих в сточных водах, в качестве сырья для создания этих биогибридов и последующего преобразования их в ценные химические вещества.

Тем не менее, реальные промышленные сточные воды обычно различаются по составу основных органических загрязнителей, тяжелых металлов и сложных загрязнителей, которые часто токсичны для бактериальных клеток и затрудняют их эффективный метаболизм. Он также содержит высокий уровень соли и растворенного кислорода, что требует наличия бактерий с аэробной способностью восстанавливать сульфаты. Таким образом, использование сточных вод в качестве сырья для бактерий затруднено.

Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи выбрали быстрорастущую морскую бактерию Vibrio natriegens, которая обладает исключительной толерантностью к высокой концентрации соли и способностью использовать различные источники углерода. Они внедрили путь аэробного восстановления сульфатов в V. natriegens и обучили сконструированный штамм использовать различные источники металлов и углерода для производства полупроводниковых биогибридов непосредственно из таких сточных вод.

Их основным целевым химическим веществом для производства был 2,3-бутандиол (БДО), ценный товарный химикат.

Создав штамм V. natriegens, они произвели сероводород, который сыграл ключевую роль в облегчении производства наночастиц CdS, которые эффективно поглощают свет. Эти наночастицы, известные своей биосовместимостью, позволили создавать полупроводниковые биогибриды in-situ и позволили нефотосинтезирующим бактериям использовать свет.

Результаты показали, что эти активированные солнечным светом биогибриды продемонстрировали значительно увеличенное производство BDO, превосходя урожайность, достижимую только с помощью бактериальных клеток. Кроме того, процесс продемонстрировал масштабируемость, позволив производить BDO с помощью солнечной энергии в значительных объемах в 5 литров с использованием реальных сточных вод.

Оценка жизненного цикла показывает, что этот конкретный биогибридный маршрут имеет существенное преимущество в плане устойчивости по сравнению с традиционными маршрутами производства 2,3-бутандиола.

«Биогибридная платформа не только отличается меньшим выбросом углекислого газа, но и снижает затраты на продукцию, что приводит к общему меньшему воздействию на окружающую среду по сравнению как с традиционными методами бактериальной ферментации, так и с методами производства BDO на основе ископаемого топлива», — сказал профессор Гао. «Примечательно, что эти биогибриды можно производить с использованием различных источников сточных вод».

Авторы говорят, что эта работа может продвинуть биопроизводство с использованием солнечной энергии и преобразование отходов в богатство на шаг вперед и проложить путь к более чистому производству и безотходной экономике.