Превращение сточных вод в ценные химикаты

Ученые разработали метод преобразования загрязнений сточных вод в ценные химические вещества, основанный на использовании солнечного света, предлагая устойчивую альтернативу традиционному химическому производству.

Исследователи под руководством профессора Сян Гао из Шэньчжэньского института передовых технологий (SIAT) Китайской академии наук и профессора Лу Лу из Харбинского технологического института предложили новый метод преобразования загрязнителей сточных вод в ценные химические вещества с использованием солнечного света, прокладывая путь к устойчивому и экологически чистому химическому производству.

Исследование было опубликовано 16 октября в журнале Nature Sustainability.

Проблемы традиционных методов

Традиционное химическое производство основано на энергоемких процессах. Полупроводниковые биогибриды, объединяющие эффективные светособирающие материалы с превосходными живыми клетками, стали впечатляющим достижением в использовании солнечной энергии для химического производства. Однако проблема заключается в поиске экономически жизнеспособного и экологически безопасного подхода к расширению масштабов этой технологии.

В этом исследовании ученые 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.

Сложности и решения по очистке сточных вод

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 сульфатредуцирующей способностью. Таким образом, сложно использовать сточные воды в качестве сырья для бактерий.

Исследователи из Шэньчжэньского института передовых технологий и Харбинского технологического института разработали метод преобразования загрязнителей сточных вод в ценные химические вещества с помощью солнечного света. В этом процессе используются полупроводниковые биогибриды, созданные непосредственно из загрязнителей сточных вод, для использования солнечной энергии в химическом производстве. 1 кредит

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.

Целевое химическое производство

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.

Многообещающие результаты

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.

• «Биогибридная платформа не только отличается меньшим выбросом углекислого газа, но и снижает затраты на продукцию, что в целом приводит к 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».

Источник

Метки: Переработка