nguồn:Phys.org

Các nguyên tố đất hiếm từ quặng rất quan trọng đối với cuộc sống hiện đại nhưng việc tinh chế chúng sau khi khai thác lại tốn kém, gây hại cho môi trường và chủ yếu được thực hiện ở nước ngoài.

Một nghiên cứu mới mô tả bằng chứng về nguyên lý kỹ thuật của một loại vi khuẩn, Gluconobacter oxydans, có thể thực hiện bước đầu tiên lớn hướng tới việc đáp ứng nhu cầu về nguyên tố đất hiếm đang tăng vọt theo cách phù hợp với chi phí và hiệu quả của các phương pháp chiết xuất và tinh chế nhiệt hóa học truyền thống và đủ sạch để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường của Hoa Kỳ.

Buz Barstow, tác giả chính của bài báo và là phó giáo sư về kỹ thuật sinh học và môi trường tại Đại học Cornell, cho biết: "Chúng tôi đang cố gắng đưa ra một phương pháp thân thiện với môi trường, nhiệt độ thấp, áp suất thấp để lấy các nguyên tố đất hiếm ra khỏi đá".

Các nguyên tố này - gồm 15 nguyên tố trong bảng tuần hoàn - là cần thiết cho mọi thứ, từ máy tính, điện thoại di động, màn hình, micrô, tua bin gió, xe điện và dây dẫn đến radar, sonar, đèn LED và pin sạc.

Trong khi Hoa Kỳ đã từng tinh chế các nguyên tố đất hiếm của riêng mình, thì việc sản xuất đó đã dừng lại hơn năm thập kỷ trước. Hiện nay, việc tinh chế các nguyên tố này diễn ra hầu như hoàn toàn ở các quốc gia khác, đặc biệt là Trung Quốc.

"Phần lớn hoạt động sản xuất và khai thác nguyên tố đất hiếm nằm trong tay các quốc gia nước ngoài", đồng tác giả Esteban Gazel, phó giáo sư khoa học trái đất và khí quyển tại Cornell, cho biết. "Vì vậy, vì an ninh của đất nước và lối sống của chúng ta, chúng ta cần quay lại đúng hướng để kiểm soát nguồn tài nguyên đó".

Để đáp ứng nhu cầu hàng năm của Hoa Kỳ về các nguyên tố đất hiếm, cần khoảng 71,5 triệu tấn (~78,8 triệu tấn) quặng thô để khai thác 10.000 kilôgam (~22.000 pound) các nguyên tố này.

Các phương pháp hiện tại dựa vào việc hòa tan đá bằng axit sunfuric nóng, sau đó sử dụng dung môi hữu cơ để tách các thành phần riêng lẻ rất giống nhau ra khỏi nhau trong dung dịch.

Barstow cho biết: "Chúng tôi muốn tìm ra cách tạo ra một loại bọ có thể thực hiện nhiệm vụ đó tốt hơn".

G. oxydans được biết đến với khả năng tạo ra một loại axit gọi là biolixiviant có tác dụng hòa tan đá; vi khuẩn sử dụng axit này để tách phosphate từ các nguyên tố đất hiếm. Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thao tác gen của G. oxydans để chiết xuất các nguyên tố hiệu quả hơn.

Để làm như vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một công nghệ mà Barstow đã giúp phát triển, được gọi là Knockout Sudoku, cho phép họ vô hiệu hóa 2.733 gen trong bộ gen của G. oxydans từng cái một. Nhóm đã tuyển chọn các đột biến, mỗi đột biến có một gen cụ thể bị loại bỏ, để họ có thể xác định gen nào đóng vai trò trong việc lấy các nguyên tố ra khỏi đá.

“Tôi vô cùng lạc quan,” Gazel nói. “Chúng tôi có một quy trình ở đây sẽ hiệu quả hơn bất kỳ quy trình nào đã từng được thực hiện trước đây.”

Alexa Schmitz, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Barstow, là tác giả đầu tiên của nghiên cứu “Bộ sưu tập loại bỏ Gluconobacter oxydans tìm thấy khả năng chiết xuất nguyên tố đất hiếm được cải thiện” được công bố trên tạp chí Nature Communications.

---

Thời gian đăng: 04-07-2022