Сегодня 06 сентября 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 🔥
Warner Bros. подала в суд на Midjourney: сервис слишком хорошо генерирует Бэтменов и Суперменов 2 ч.
Anthropic согласилась выплатить $1,5 млрд по иску об авторских правах 5 ч.
OpenAI в ближайшие несколько лет потратит на свою инфраструктуру $115 млрд 6 ч.
Новая статья: Shinobi: Art of Vengeance — молчаливый и опасный. Рецензия 14 ч.
«Нам есть что рассказать»: глава MachineGames подтвердил планы на Wolfenstein 3 16 ч.
Microsoft Copilot научился создавать сводки по файлам и документам из облака OneDrive 18 ч.
«Красиво, страшно, залипательно»: хоррор Cronos: The New Dawn от авторов ремейка Silent Hill 2 стартовал в Steam с «очень положительными» обзорами 18 ч.
VI Форум «Мой бизнес» в Архангельске: малый бизнес, цифровизация и новые правила 19 ч.
После выхода Hollow Knight: Silksong самой желанной игрой пользователей Steam стала скандальная Subnautica 2 20 ч.
Apple обвинили в нарушении патентов на технологию «Привет, Siri» 20 ч.
Частоту сердечного ритма измерили Wi-Fi-сигналом 2 ч.
Очередной запуск спутников SpaceX Starlink ознаменовался 500-й посадкой первой ступени ракеты Falcon 9 3 ч.
Motorola представила смартофн Edge 60 Neo с батареей на 5000 мА·ч и защитой IP69 6 ч.
Специалисты iFixit оценили Google Pixel 10 средним баллом за ремонтопригодность 6 ч.
Qualcomm считает, что техпроцессы Intel пока не слишком хороши, чтобы ими пользоваться 6 ч.
Google тайком удалила обещание стать углеродно-нейтральной к 2030 году — всему виной аппетиты ИИ 13 ч.
Европа оштрафовала Google почти на €3 млрд за злоупотребления на рекламном рынке 13 ч.
Karri Messenger позволит детям безопасно общаться с родителями и друзьями при помощи голосовых сообщений 17 ч.
Qualcomm и BMW представили систему автономного вождения, которую будут продавать на сторону 18 ч.
Huawei заняла почти половину мирового рынка складных смартфонов — Samsung даже не вторая по популярности 18 ч.