Традиционная очистка воды, загрязненной ураном, — дорогостоящий, зачастую токсичный и медленный процесс.

Ученые из Китая нашли новый способ очистки воды от загрязнений с помощью «самовосстанавливающейся биогибридной системы на основе бактерий и минералов». Эта система, разработанная Юго-Западным университетом науки и технологий, работает по принципу солнечного элемента и ускоряет очистку воды, загрязненной ураном. В области биоремедиации новая технология позволяет решить проблему низкой скорости переноса электронов, которая обычно ограничивает возможности микробной очистки от урана. В реальных шахтных водах биогибридная система обеспечила удаление 94% урана.

“Важность этой работы заключается в том, что она заключается не просто в смешивании минеральных материалов с бактериями, но в создании тесно интегрированного и синергетического композита ”жизнь-не-жизнь" посредством биосинтеза in situ", - объясняют авторы в пресс-релизе.

Как это работает

Чтобы обеспечить атомные электростанции и другие специализированные отрасли топливом, уран добывают из недр и перерабатывают в концентрированную форму. После добычи урана его очистка — непростая задача. Уран — это не только опасный тяжелый металл, но и источник постоянного радиационного риска. Химические методы очистки урана зачастую дорогостоящие и опасные для окружающей среды, а биологические альтернативы ограничены низкой скоростью переноса электронов микроорганизмами. Поэтому эксперты ищут более эффективные и экологичные альтернативы.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новый биогибрид из бактерий и минералов, который использует светособирающие наночастицы для ускорения потока электронов. Этот подход позволяет создать самовосстанавливающуюся систему, которая устанавливает новый стандарт экологичной очистки урана. В основе этой технологии лежит Shewanella putrefaciens — бактерия, уже известная своей способностью перерабатывать тяжелые металлы. Идея заключалась в том, чтобы заставить эти бактерии наращивать плотную защитную оболочку из наночастиц сульфида железа прямо на своей поверхности. Такой рост in situ создает тесно интегрированный «биогибрид», который сочетает биологическую активность с преобразованием энергии на основе минералов.

Под воздействием света эти крошечные минеральные частицы действуют как миниатюрные солнечные батареи. Они улавливают световую энергию и высвобождают фотоэлектроны, которые затем выполняют основную работу: лишают уран растворимости и превращают его в стабильный, неподвижный осадок, который больше не представляет непосредственной угрозы для окружающей среды. Система также создает трансмембранные электронные каналы, в которых фотоэлектроны стимулируют метаболическую активность бактерий, что, в свою очередь, способствует непрерывной регенерации активных минеральных участков. Это замкнутый самовосстанавливающийся цикл, который поддерживает активность биогибрида на протяжении всех этапов обработки.

Многообещающие результаты испытаний

Результаты испытаний на реальных шахтных сточных водах показывают многообещающие результаты. В то время как обычные бактерии удаляют лишь 48 % урана, эта новая биогибридная система очищает воду на 94 %. Кроме того, испытания показали, что очищенная вода гораздо менее токсична для сельскохозяйственных культур, что является несомненным преимуществом с точки зрения экологической безопасности.

«Это исследование позволяет по-новому взглянуть на механизмы переноса электронов при взаимодействии света, минералов и микроорганизмов в природе, а также предлагает новые теоретические основы и технические решения для разработки устойчивых и эффективных технологий биоремедиации на месте», — добавили ученые.

Эта технология все еще находится на стадии перехода от лабораторных исследований к потенциальному масштабному применению, но она открывает новые перспективы устойчивого развития в будущем.