Eine effizientere und sicherere Alternative zur Beschaffung von Kupfer über Bakterien – –

Kupfer bleibt eines der allgegenwärtigsten Metalle im Alltag. Als Wärme- und Stromleiter wird es in Drähten, Dächern und Rohrleitungen sowie als Katalysator für petrochemische Anlagen, solare und elektrische Leiter und für eine Vielzahl von energiebezogenen Anwendungen eingesetzt. In der Folge erweist sich jede Methode, um mehr von dem wertvollen Gut zu ernten, als nützliches Unterfangen.

Debora Rodrigues, Ezekiel Cullen Professorin für Ingenieurwissenschaften an der Universität von Houston, Cullen College of Engineering, in Zusammenarbeit mit Francisco C. Robles Hernandez, Professorin am UH College of Technology, und Ellen Aquino Perpetuo, Professorin an der Universität von Sao Paulo, Brasilien, boten abschließend Forschung zum Verständnis, wie in Kupferminen gefundene Bakterien giftige Kupferionen in stabiles Einzelatomkupfer umwandeln.

In ihrer mitverfassten Arbeit “Copper Mining Bacteria: Umwandlung toxischer Kupferionen in stabiles Kupfer mit einem Atom” zeigen ihre Untersuchungen, wie kupferresistente Bakterien aus einer Kupfermine in Brasilien Kupfersulfationen in nullwertiges metallisches Kupfer umwandeln.

“Die Idee, Bakterien in Minen zu haben, ist nicht neu, aber die unbeantwortete Frage war: Was machen sie in den Minen?” Sagte Robles. “Indem wir die Bakterien in ein elektronisches Mikroskop steckten, konnten wir die Physik herausfinden und analysieren. Wir fanden heraus, dass die Bakterien Kupfer mit einem Atom isolierten. In Bezug auf die Chemie ist dies äußerst schwierig abzuleiten. Typischerweise sind es aggressive Chemikalien verwendet, um einzelne Atome eines Elements zu produzieren. Dieses Bakterium erzeugt es auf natürliche Weise, was sehr beeindruckend ist. “

So nützlich Kupfer auch ist, der Prozess des Metallabbaus führt häufig zu toxischen Expositionen und Herausforderungen bei der Gewinnung eines beträchtlichen Volumens für die kommerzielle Verwendung. Nach Angaben der Copper Development Association Inc. werden in den globalen Reserven ungefähr eine Milliarde Tonnen Kupfer geschätzt, wobei pro Jahr rund 12,5 Millionen Tonnen abgebaut werden. Dies ergibt rund 65 Jahre verbleibende Reserven. Ein Teil der Versorgungsherausforderung ergibt sich aus dem begrenzten verfügbaren Kupfer in hoher Konzentration in der Erdkruste, aber die andere Herausforderung ist die Exposition gegenüber Schwefeldioxid und Stickstoffdioxid beim Kupferschmelz- und -produktionsprozess, um das Metall in nützliche Mengen zu konzentrieren.

“Das Neue an dieser Entdeckung ist, dass Mikroben in der Umwelt Kupfersulfat leicht in nullwertiges Einzelatomkupfer umwandeln können. Dies ist ein Durchbruch, da der derzeitige Synthesevorgang für einwertiges nullwertiges Kupfer in der Regel nicht sauber, arbeitsintensiv und teuer ist. “Sagte Rodrigues.

“Die Mikroben nutzen einen einzigartigen biologischen Weg mit einer Reihe von Proteinen, die Kupfer extrahieren und in einwertiges nullwertiges Kupfer umwandeln können. Ziel der Mikroben ist es, durch Umwandlung des ionischen Kupfers in ein einzelnes eine weniger toxische Umgebung für sich selbst zu schaffen -atom Kupfer, aber gleichzeitig machen sie etwas, das auch für uns von Vorteil ist. “

Mit Schwerpunkt auf elektronischer Mikroskopie untersuchte Robles Proben aus Rodrigues ‘Befunden in brasilianischen Kupferminen und bestimmte die Einzelatomnatur des Kupfers. Die Gruppen von Rodrigues und Aquino identifizierten ferner den bakteriellen Prozess zur Umwandlung von Kupfersulfat in elementares Kupfer – ein seltener Fund.

Forschungsergebnisse zeigen, dass dieses neue Umwandlungsverfahren als Alternative zur Herstellung einzelner Atome von Metallcoper sicherer und effizienter ist als derzeitige Methoden (dh chemische Gasphasenabscheidung, Sputtern und Femtosekundenlaserablation).

“Wir haben nur mit einem Bakterium gearbeitet, aber das ist möglicherweise nicht das einzige, das eine ähnliche Funktion erfüllt”, schloss Rodrigues. “Der nächste Schritt für diese spezielle Forschung besteht darin, das Kupfer aus diesen Zellen zu gewinnen und für praktische Anwendungen zu verwenden.”

Quelle der Geschichte:

Materialien zur Verfügung gestellt von Universität von Houston. Hinweis: Der Inhalt kann nach Stil und Länge bearbeitet werden.

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