LN – Cianobactérias coletam terras raras de águas residuais

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A biomassa de 12 cepas de cianobactérias até então não estudadas é eficaz na biossorção dos elementos de terras raras lantânio, cério, neodímio e térbio de soluções aquosas.

Isso permite coletar e reutilizar esses preciosos elementos, cuja demanda continua crescendo, das águas residuais da mineração, metalurgia e resíduos eletrônicos.

Os elementos de terras raras (RTE) são um grupo de 17 metais quimicamente semelhantes, assim chamados pelo fato de serem normalmente encontrados em baixas concentrações (entre 0,5 e 67 partes por milhão) na crosta terrestre.

Por serem indispensáveis ​​em tecnologias modernas, como diodos emissores de luz, telefones celulares, motores elétricos, turbinas eólicas, discos rígidos, câmeras, ímãs e lâmpadas economizadoras de energia, sua demanda continuou a aumentar nas décadas, e é espera-se que continue crescendo até 2030.

Devido à sua raridade e procura, são caros: por exemplo, um quilo de óxido de neodímio custa atualmente cerca de 200 euros, enquanto a mesma quantidade de óxido de térbio ronda os 3.800 euros. Atualmente, a China tem quase o monopólio da mineração de ETR, embora em janeiro de 2023 a descoberta de novos depósitos promissores (mais de um milhão de toneladas métricas) em Kiruna, na Suécia, tenha sido anunciada com grande alarde.

As vantagens de passar de uma economia “linear” de desperdício para uma economia “circular”, na qual todos os recursos são reciclados e reutilizados, são claras.

No estudo, publicado na revista ‘Frontiers in Bioengineering and Biotechnology’, cientistas alemães mostraram que a resposta é sim: a biomassa de algumas cianobactérias fotossintéticas exóticas pode efetivamente absorver ERT de águas residuais, por exemplo, aquelas derivadas de mineração, metalurgia ou reciclagem de lixo eletrônico. Posteriormente, a ETR absorvida pode ser lavada da biomassa e coletada para reutilização.

“Aqui nós otimizamos as condições para a absorção de ETR pela biomassa de cianobactérias e caracterizamos os mecanismos químicos mais importantes para fixá-los. Essas cianobactérias podem ser usadas em processos ecológicos futuros para a recuperação simultânea de ERT e tratamento de águas residuais industriais”, disse o Dr. Thomas Brück, professor da Universidade Técnica de Munique (Alemanha) e último autor do estudo.

A biossorção é um processo metabolicamente passivo de ligação rápida e reversível de íons de soluções aquosas à biomassa. Brück e colegas mediram o potencial de biossorção de ERTs de lantânio, cério, neodímio e térbio por 12 cepas de cianobactérias em culturas de laboratório.

O potencial biotecnológico da maioria dessas cepas nunca foi avaliado antes. As amostras foram retiradas de habitats altamente especializados, como os solos áridos dos desertos da Namíbia, a superfície de líquenes de todo o mundo, lagos de natrão do Chade, fendas rochosas da África do Sul ou riachos poluídos da Suíça.

Os autores descobriram que uma nova espécie não caracterizada de Nostoc tinha a maior capacidade de biossorção de íons dessas quatro ETRs de soluções aquosas, com eficiências entre 84,2 e 91,5 mg por g de biomassa, enquanto ‘Scytonema hyalinum’ tinha a menor eficiência, entre 15,5 e 21,2 mg por g.

‘Synechococcus alongates’, ‘Desmonostoc muscorum’, ‘Calothrix brevissima’ e uma nova espécie não caracterizada de Komarekiella também foram eficientes. A biossorção foi fortemente dependente da acidez: foi maior em pH 5-6 e diminuiu constantemente em soluções mais ácidas.

O processo foi mais eficiente quando não houve “competição” pela superfície de biossorção na biomassa cianobacteriana por íons positivos de outros metais não ETR, como zinco, chumbo, níquel ou alumínio.

Os autores usaram uma técnica chamada espectroscopia de infravermelho para determinar quais grupos químicos funcionais na biomassa foram os principais responsáveis ​​pela biossorção de ETR.

“Descobrimos que a biomassa derivada de cianobactérias exibe excelentes características de adsorção devido à sua alta concentração de porções de açúcar carregadas negativamente, que carregam grupos carbonila e carboxila. Esses componentes carregados negativamente atraem íons metálicos carregados positivamente, como ETRs, e favorecem sua ligação à biomassa ”, explica o primeiro autor Michael Paper, cientista da Universidade Técnica de Munique.

Os autores concluem que a biossorção de ETR por cianobactérias é possível mesmo em baixas concentrações dos metais. O processo também é rápido: por exemplo, a maior parte do cério em solução foi biossorvida cinco minutos após o início da reação.

“As cianobactérias aqui descritas podem adsorver quantidades de ETR correspondentes a até 10% de sua matéria seca”, apontam eles. “A biossorção apresenta, portanto, um processo econômico e ecologicamente otimizado para a recuperação circular e reutilização de metais de terras raras de águas residuais industriais diluídas da mineração, produção de produtos eletrônicos e catalisadores químicos”.



Publicado en el diario La Nación

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