تبدیل فاضلاب به مواد هادی گرانبها

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، یافته های جدید پژوهشگران نشان می دهد توانایی استخراج مواد شیمیایی مفید از آب آلوده به فلزات سنگین می تواند راه را برای تولید پایدار و سازگار با محیط زیست مواد نیمه هادی با ارزش هموار کند.

پروفسور گائو شیانگ (Gao Xiang) از موسسه زیست شناسی مصنوعی شنژن (Institute of Synthetic Biology) در آکادمی علوم چین و پروفسور لو لو (Lu Lu) از موسسه فناوری هاربین در شنژن سرپرستی این مطالعات را بر عهده داشته و طی آن توانستند مواد نیمه هادی و تراشه های اساسی که در صنایع و فناوری های پیشرفته استفاده شده و معمولاً به وسیله ابزارهای شیمیایی یا فیزیکی در محیط های خاص و استریل تولید می شوند.

در این مطالعه جدید مشخص شد مواد مورد استفاده برای ساخت نیمه هادی ها را می توان توسط باکتری های مهندسی ژنتیکی در فاضلاب تولید کرد و در طیف گسترده ای از کاربرد ها مانند نمایشگرهای دیجیتال ، پنل های خورشیدی و حتی مصارف پزشکی استفاده کرد.

باید توجه داشت یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در این مطالعات، ترکیب متنوع و پیچیده پساب ‌های صنعتی هنگام استفاده از آن به‌ عنوان منبع غذایی برای باکتری ‌ها است و تولید محدود این مواد نیز گران بوده و هزینه‌ ای حدود صد برابر قیمت طلا به همراه داشته است.

برای یافتن روشی بهتر، محققان می خواستند آلاینده های فاضلاب را به بیوهیبریدهای نیمه هادی تبدیل کنند که از اجزای بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی تشکیل شده است. به همین دلیل این تیم تحقیقاتی یک میکروارگانیسم دریایی دوستدار آب شور به نام ویبریو ناتریژن (Vibrio natriegens)را به عنوان نقطه شروع برای باکتری های مهندسی شده خود انتخاب کردند. این باکتری یکی از سریع ‌ترین میکروب‌ های صنعتی است که می ‌تواند دو برابر سریع‌ تر از باکتری E coli معمولی رشد کند.

ویبریو ناتریژن‌ها می توانند در محیط های دارای نمک رشد کرده و در برابر آلودگی‌های موجود در فاضلاب نیز بسیار مقاوم هستند. آنها می توانند از بیش از ۲۰۰ نوع ماده آلی به عنوان مواد مغذی از جمله قند ها، الکل ها، اسیدهای آمینه و اسیدهای آلی استفاده کنند که همین طیف گسترده قابلیت ها، آنها را گزینه ای ایده آل برای این تحقیق می‌کند.

در ادامه، پژوهشگران یک مسیر کاهش سولفات را به ویبریو ناتریژن ها معرفی کرده و این سویه را برای جذب مستقیم سولفات از محیط و تولید گاز H2S آموزش داد. سپس این باکتری با یون‌های فلزی در فاضلاب ترکیب شد تا نانو ذرات نیمه‌ رسانا ایجاد کند.

بررسی‌های آزمایشگاهی نشان می دهد زمانی که از بیوهیبرید ها برای خالص ‌سازی محلول فاضلاب استفاده شد، ۹۹ درصد یون ‌های کادمیوم موجود در آن استخراج و به ذرات سولفید کادمیوم تبدیل شدند.

این نوع از نانوذرات که به نقاط کوانتومی نیز معروف هستند دارای اهمیت زیادی است و نکته مهم در فرایند فوق این است که پس از یک چرخه کامل، بیوهیبریدهای موجود در فاضلاب را می توان از طریق فیلتراسیون یا ته نشینی برای استخراج مواد نیمه هادی جمع آوری کرد.

پروفسور گائو در این رابطه گفت: این سیستم بیوهیبرید می تواند روشی کارآمد و مقرون به صرفه برای ساخت نقاط کوانتومی بسیار ارزشمند باشد. ما طی آزمایش های خود دریافتیم انرژی اضافی تولید شده توسط نانوذرات از طریق جذب نور، راندمان سنتز بیوهیبریدها و نرخ تبدیل مواد آلی در فاضلاب را بهبود بخشید.

شرح کامل این مطالعات در آخرین شماره مجله تخصصی Nature Sustainability منتشر شده است.