Сегодня 23 июля 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → промышленные отходы

Китайские учёные научились добывать полупроводниковые материалы из сточных вод с помощью бактерий

Команде учёных из китайских исследовательских институтов удалось использовать бактерии для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ряда химических соединений для полупроводниковой промышленности. Этот процесс может проложить путь к устойчивому и экологически чистому производству ценных полупроводниковых материалов. Результаты исследования были опубликованы 16 октября в рецензируемом журнале Nature Sustainability.

 Источник изображений: Pixabay

Источник изображений: Pixabay

Исследование, возглавляемое профессором Гао Сяном (Gao Xiang) из Шэньчжэньского института синтетической биологии Китайской академии наук и профессором Лу Лу (Lu Lu) из Харбинского технологического института в Шэньчжэне, продемонстрировало возможность получения материалов, используемых для изготовления полупроводников, из сточных вод с помощью генно-модифицированных бактерий. Исследователям удалось преобразовать загрязнители сточных вод в полупроводниковые биогибриды, состоящие из биологических и небиологических компонентов.

Исследовательская группа выбрала морской микроорганизм Vibrio natriegens в качестве отправной точки для модифицирования бактерий. По словам учёных, «это одни из самых быстрорастущих бактерий, которые процветают в средах с высоким содержанием соли и очень устойчивы к сточным водам. Они могут использовать более 200 типов органических материалов в качестве питательных веществ, включая сахара, спирты, аминокислоты и органические кислоты, что делает их идеальными кандидатами для этого исследования».

Затем команда «запустила» механизм восстановления сульфатов в Vibrio natriegens, обучив штамм непосредственно поглощать сульфат из окружающей среды и производить сероводород, который затем объединялся с ионами металлов в сточных водах для создания полупроводниковых наночастиц. Метод оказался универсальным и его можно было применять к ионам различных металлов, получая такие соединения, как сульфид кадмия, сульфид свинца и сульфид ртути.

Наночастицы фиксировались на поверхности бактерий, образуя полупроводниковые биогибриды. Под воздействием света полупроводниковый материал поглощал солнечную энергию и преобразовывал её в электроны, обеспечивая бактериям дополнительную энергию. В лабораторном эксперименте, в котором биогибриды использовались для очистки сточных вод, 99 % ионов кадмия были таким образом извлечены в виде частиц сульфида кадмия.

Эти типы наночастиц, также известные как квантовые точки, стали центральным элементом открытия, за которое другая группа учёных получила в этом году Нобелевскую премию по химии. «После полного цикла биогибриды в сточных водах можно собирать посредством фильтрации или седиментации (осаждения частиц) для извлечения полупроводниковых материалов, — сообщил Гао Сян. — Эта система может стать эффективным и экономически выгодным методом производства очень ценных квантовых точек».

При размножении биогибридов в сточных водах они также преобразует органические загрязнители в 2,3-бутандиол (БДО), ценный химикат, который широко применяется в косметике, сельском хозяйстве и здравоохранении. Лабораторные испытания показали, что при искусственном освещении биогибриды производят БДО в два раза быстрее, чем немодифицированные бактерии, при этом степень конверсии углерода увеличивается на 26 %.

«Дополнительная энергия, генерируемая наночастицами за счёт поглощения света, повысила эффективность синтеза биогибридов и скорость преобразования органических веществ в сточных водах. Традиционно вся энергия, необходимая для роста бактерий и производства БДО, обеспечивается самими бактериями, что включает в себя самометаболизм и переваривание органических веществ. Дополнительная энергия, полученная за счёт поглощения света, очевидно, ускоряет оба процесса» — пояснил Гао.

В эксперименте, проведённом в 5-литровом реакторе, биогибриды были успешно выращены с использованием реальных промышленных сточных вод, достигнув производительности БДО 13 граммов на литр и превзойдя результаты всех предыдущих исследований.

Сейчас учёные изучают возможности масштабирования процесса. Основным препятствием становится плохая прозрачность промышленных сточных вод. Поэтому требуются реакторы с большей площадью поверхности, чтобы обеспечить достаточное для активной деятельности бактерий освещение.

«Полупроводниковые биогибриды объединяют в себе лучшие качества биологических цельноклеточных катализаторов и полупроводниковых наноматериалов, позволяя нефотосинтетическим промышленным заводам по производству микробных клеток использовать солнечную энергию для химического производства», — резюмировали исследователи.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
«Sea of Thieves в космосе»: игроки встретили мультиплеерный шутер Wildgate от компании сооснователя Blizzard «очень положительными» отзывами в Steam 7 ч.
Создатели Until Dawn устроили новую волну сокращений и отложили релиз нелинейного хоррора Directive 8020 8 ч.
Более пяти миллионов ассасинов: Ubisoft похвасталась достижениями игроков Assassin's Creed Shadows 10 ч.
Запутавшие разработчиков изменения Apple в комиссиях App Store скорее всего будут приняты Еврокомиссией 10 ч.
Electronic Arts анонсирует Battlefield 6 уже на этой неделе — запущен обратный отсчёт до выхода первого трейлера 11 ч.
Microsoft узнала о критической уязвимости SharePoint ещё два месяца назад, но не смогла её исправить 12 ч.
Apple почти открыла исходный код своих ИИ-моделей, но что-то пошло не так 12 ч.
Встроенный в Telegram криптокошелёк Wallet стал доступен 87 млн пользователей в США 12 ч.
Nvidia выпустила драйвер GeForce Game Ready 577.00 WHQL с поддержкой DLSS 4 для Wuchang: Fallen Feathers 13 ч.
«Яндекс» выпустит «Нейроаналитика» — ИИ-агента для визуализации данных 13 ч.
Илон Маск намерен привлечь ещё $12 млрд кредитов на закупку ускорителей Nvidia для Grok 2 ч.
Новая статья: Обзор смартфона Samsung Galaxy S25 Edge: игра на опережение 6 ч.
Oracle поставит OpenAI два миллиона ИИ-чипов для ЦОД 6 ч.
Новая статья: Обзор Full HD IPS-монитора Digma Progress 27P504F: больше, чем можно представить 7 ч.
Microsoft представила ноутбук Surface Laptop 5G со слотом для SIM и чипами Core Ultra 200 по цене от $1800 9 ч.
Razer представила беспроводную версию геймерской мыши Cobra 11 ч.
Компактно, но дорого и медленно: ДНК-накопителям до коммерциализации пока ещё далеко 12 ч.
Китайские учёные впервые осуществили квантовую телепортацию с записью состояний в твердотельную память 13 ч.
Всё своё, от «железа» до ПО: «Группа Астра» и YADRO строят полностью российское облако 13 ч.
Sharp представили VR-перчатки, которые передают тактильные ощущения от прикосновений к виртуальным объектам 14 ч.