Thuật giả kim sinh học: Biến chất gây ô nhiễm nước thải thành hóa chất

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Các nhà nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp mới để biến các chất gây ô nhiễm trong nước thải thành các hóa chất có giá trị bằng cách sử dụng ánh sáng mặt trời, mang đến một lộ trình sản xuất hóa chất bền vững và tuần hoàn.

Sản xuất hóa chất thông thường dựa vào các quy trình sử dụng nhiều năng lượng. Các tác giả của nghiên cứu mới này cho biết, các loại vật liệu lai sinh học bán dẫn, kết hợp các vật liệu thu hoạch ánh sáng hiệu quả và tế bào sống, đã nổi lên như một khả năng thú vị cho những ai đang tìm cách sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất hóa chất.

Thách thức hiện nay nằm ở việc tìm ra cách thức hiệu quả về mặt kinh tế và thân thiện với môi trường để nhân rộng công nghệ.

Nó đã được xuất bản trong Tính bền vững của thiên nhiên trong tháng Mười.

Công trình được dẫn dắt bởi Giáo sư GAO Xiang từ Viện Công nghệ tiên tiến Thâm Quyến (SIAT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và Giáo sư LU Lu từ Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân.
Các nhà nghiên cứu đặt ra mục tiêu chuyển đổi các chất ô nhiễm từ nước thải thành các chất bán dẫn sinh học lai trực tiếp trong môi trường nước thải. Khái niệm này liên quan đến việc sử dụng carbon hữu cơ, kim loại nặng và các hợp chất sunfat có trong nước thải làm nguyên liệu thô để tạo ra các loại sinh vật lai này và sau đó chuyển đổi chúng thành các hóa chất có giá trị.

Tuy nhiên, nước thải công nghiệp thực tế thường có thành phần khác nhau gồm các chất ô nhiễm hữu cơ chính, kim loại nặng và các chất ô nhiễm phức tạp, tất cả đều gây độc cho tế bào vi khuẩn và khó chuyển hóa hiệu quả. Nó cũng chứa hàm lượng muối và oxy hòa tan cao đòi hỏi vi khuẩn có khả năng khử sunfat hiếu khí. Vì vậy, việc sử dụng nước thải làm nguyên liệu vi khuẩn là một thách thức.

Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu đã chọn một loại vi khuẩn biển phát triển nhanh, Vibrio natriegens, có khả năng chịu đựng nồng độ muối cao và khả năng sử dụng nhiều nguồn carbon khác nhau. Họ đã giới thiệu một con đường khử sunfat hiếu khí vào V. natriegens và huấn luyện chủng được thiết kế để sử dụng các nguồn kim loại và carbon khác nhau nhằm tạo ra các loại sinh học bán dẫn trực tiếp từ nước thải đó.

Hóa chất mục tiêu chính của họ để sản xuất là 2,3-butanediol (BDO), một loại hóa chất hàng hóa có giá trị.

Bằng cách tạo ra một chủng V. natriegens, họ đã tạo ra hydro sunfua, đóng vai trò then chốt trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất các hạt nano CdS hấp thụ ánh sáng hiệu quả. Những hạt nano này, nổi tiếng về khả năng tương thích sinh học, cho phép tạo ra các chất bán dẫn lai sinh học tại chỗ và cho phép các vi khuẩn không quang hợp sử dụng ánh sáng.

Kết quả cho thấy các giống sinh học lai được kích hoạt bằng ánh sáng mặt trời này cho thấy khả năng sản xuất BDO được tăng cường đáng kể, vượt qua sản lượng có thể đạt được chỉ bằng tế bào vi khuẩn. Hơn nữa, quy trình này còn cho thấy khả năng mở rộng, đạt được sản lượng BDO nhờ năng lượng mặt trời trên quy mô đáng kể 5 lít sử dụng nước thải thực tế.

Đánh giá vòng đời cho thấy rằng lộ trình lai sinh học cụ thể này có mức tăng bền vững đáng kể so với các lộ trình sản xuất 2,3-butanediol thông thường.

Giáo sư GAO cho biết: “Nền tảng biohybrid không chỉ tạo ra lượng khí thải carbon thấp hơn mà còn giảm giá thành sản phẩm, dẫn đến tác động môi trường tổng thể nhỏ hơn khi so sánh với cả phương pháp lên men vi khuẩn truyền thống và phương pháp sản xuất BDO dựa trên nhiên liệu hóa thạch”. “Đáng chú ý là những loại sinh vật lai này có thể được sản xuất bằng nhiều nguồn nước thải khác nhau.”

Các tác giả cho biết công trình này có thể đưa quá trình sản xuất sinh học dựa trên năng lượng mặt trời và chuyển đổi chất thải thành tài sản tiến thêm một bước và mở đường cho sản xuất sạch hơn và nền kinh tế tuần hoàn.