细菌可能是可持续提取地球元素的关键技术

【字体: 时间:2021年11月25日 来源:Nature Communications

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  一项新的研究描述了一个原则证明工程细菌、葡糖杆菌属葡萄糖酸,这需要一个大的第一步满足飞涨的稀土元素的需求相匹配的成本和效率的方式传统的热化学提取和细化方法和清洁足以满足美国环保标准。

  

从矿石中提取的稀土元素对现代生活至关重要,但在采矿后提炼它们成本高昂,对环境有害,而且大多发生在国外。

一项新的研究描述了一个原则证明工程细菌、葡糖杆菌属葡萄糖酸,这需要一个大的第一步满足飞涨的稀土元素的需求相匹配的成本和效率的方式传统的热化学提取和细化方法和清洁足以满足美国环保标准。

这篇论文的高级作者、康奈尔大学生物与环境工程助理教授巴斯·巴斯托(Buz Barstow)说:“我们正试图想出一种环保、低温、低压的方法,从岩石中提取稀土元素。”

元素周期表中共有15种元素,它们对从电脑、手机、屏幕、麦克风、风力涡轮机、电动汽车、导体到雷达、声纳、LED灯和可充电电池的一切都是必需的。

虽然美国曾经自己精炼稀土元素,但这种生产在50多年前就停止了。现在,这些元素的提炼几乎全部在其他国家进行,尤其是中国。

“大部分稀土元素的生产和提取都掌握在外国手中,”合著者、康奈尔大学地球和大气科学副教授Esteban Gazel说。所以为了我们国家的安全和生活方式,我们需要回到控制资源的轨道上来。”

为了满足美国每年对稀土元素的需求,大约需要7150万吨(~ 7880万吨)原矿来提取10000公斤(~22,000磅)稀土元素。

目前的方法依赖于用热硫酸溶解岩石,然后使用有机溶剂将非常相似的单个元素从溶液中分离出来。

巴斯托说:“我们想找到一种方法,让一种漏洞在这方面做得更好。”

众所周知,G. oxydans能产生一种叫做生物橄榄剂的酸,可以溶解岩石;细菌利用酸从稀土元素中提取磷酸盐。研究人员已经开始操纵G. oxydans的基因,以便更有效地提取这些元素。

为此,研究人员使用了巴斯托帮助开发的一种名为“敲除数独”(Knockout Sudoku)的技术,使他们能够逐个破坏氧化G. oxydans基因组中的2733个基因。该团队策划了突变体,每个突变体都有一个特定的基因被敲除,这样他们就可以确定哪些基因在从岩石中提取元素中发挥作用。

“我非常乐观,”Gazel说。“我们的流程将比以前的任何流程都更有效。”

文章标题

Generation of a Gluconobacter oxydans knockout collection for improved extraction of rare earth elements

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