Uso de células flexibles de reacción de oro y titanio para simular la actividad microbiana dependiente de la presión en el contexto de la bioextracción subsuperficial

Biomining describe Bioleaching aplicado para la extracción de cobre y otros metales a presión de rocas mediante la disolución de sulfuros metálicos con la ayuda de bacterias acidofílicas. Por ejemplo, el cobre es el mineral coopashefa se puede extraer con esta bacteria disolviendo los sulfuros. Y la solución rica en sulfato de cobre se genera a partir de la cual el cobre se puede extraer fácilmente.

El biomining in situ es la extracción de metales con la ayuda de bacterias sin necesidad de actividades de excavación y minería bajo tierra o en un pozo abierto. En su lugar, una solución ácida rica en hierro se bombea hacia abajo en la formación rocosa, los sulfuros metálicos se disuelven y la solución rica en metal se bombea de nuevo a la superficie de la que se pueden extraer metales. En este experimento en particular, hay una célula del reactor de alta presión que simula las condiciones en la formación profunda.

Se estudian las bacterias y su actividad relacionada con la reducción del hierro acoplada a la oxidación de compuestos de azufre, y en particular estamos interesados en ver qué tan activas están las células bajo alta presión, y cómo sus tasas están cambiando bajo la presión. Para los experimentos, se puede utilizar un reactor de alta presión, como el que se representa aquí, y puede simular condiciones de presión de hasta 350 bares. El fondo de un reactor de alta presión consiste en un recipiente del reactor, que puede contener una muestra de fluido con cultivo microbiano.

El cabezal del reactor ofrece una amplia gama de conexiones para medidas de seguridad y sensores de monitoreo. Por ejemplo, temperatura o presión dentro del reactor. La mayoría de los reactores de alta presión están hechos de acero inoxidable.

Este material ofrece alta resistencia y buenas propiedades de mecanizado. Sin embargo, para ciertas aplicaciones, como experimentos con soluciones acuosas ácidas o altamente reductoras, la resistencia a la corrosión de la superficie de acero inoxidable podría no ser adecuada. Una manera de evitar esto es insertar un revestimiento en el recipiente del reactor.

Aquí, un forro hecho de tefflon. Tefflon tiene una alta resistencia a la corrosión, pero viene con un mayor riesgo de contaminación, ya que no puede ser esterilizado por autoclaves y las caras de hierro podrían precipitarse sobre su superficie. Otro material de revestimiento que se puede utilizar es el vidrio de cuarzo.

Es fácil de limpiar, puede ser esterilizado por autoclaving, y se ve menos afectado por soluciones ácidas o acuosas reductoras Aunque el material de revestimiento puede ayudar a prevenir reacciones no deseadas de una muestra con una pared del reactor de acero inoxidable, quedan varios problemas. Si se forma un gas corrosivo, por ejemplo sulfuro de hidrógeno, este gas podría reaccionar con la superficie descubierta de la cabeza del reactor sentada sobre el revestimiento. Otra desventaja es que no es posible retirar la muestra del reactor sin cambiar la presión.

Para superar estas limitaciones, utilizamos una célula de reacción especial, una bolsa de oro flexible con una cabeza de titanio. La superficie de oro es resistente a la corrosión hacia soluciones y gases ácidos o reductores. La superficie de titanio también es muy inerte.

Cuándo formar una capa continua de dióxido de titanio, aquí visible en azul oscuro. Durante el muestreo, la bolsa de oro se está reduciendo en volumen. El volumen de la bolsa de oro no debe reducirse en más de un 50% para evitar la formación de torceduras y bordes afilados.

Las piezas que se muestran aquí son las piezas individuales de la configuración interna del experimento de bolsa de oro. Se puede ver, desde la parte inferior a la parte superior, la celda de reacción de bolsa de oro flexible, el sistema de sellado de titanio, que consiste en un cabezal de titanio, lavadora, y anillo audaz de compresión, y el tubo de muestreo y la válvula para acceder a la célula de reacción durante el modo de operación. Ahora, transferimos la muestra a la célula de reacción de titanio dorado.

En primer lugar, abra y desbloquee la cámara vacía y cargue todo el material de entrada en la bandeja móvil. Cierre y cierre la cubierta frontal. Después de la evacuación de la anti-cámara, use el par de guantes y acercó más a la cubierta interior.

Desbloquee y abra la cubierta interior para retirar el material de entrada de la bandeja móvil. Desenvuelva la bolsa de oro limpia y asegure su soporte. Abra la botella de suero que contiene 100 ml de cultivo bacteriano y azufre elemental.

Agitar suavemente la botella de suero y transferir el cultivo bacteriano a la bolsa de oro. Inserte la cabeza de titanio con el tubo de montaje en la cubierta de titanio en la bolsa de oro. A continuación, deslice la arandela y el anillo audaz de compresión sobre el tubo de muestreo de titanio.

Fije los tornillos de seis olmos en la misma medida para asegurar una distribución uniforme de la presión del sombrero de titanio en el borde superior de la bolsa de oro en la cubierta de titanio. Esta es la superficie de sellado de la célula de reacción de titanio de oro. Vuelva a instalar la válvula de muestreo en la parte superior del tubo de titanio.

Apriete bien la mano de conexión. A continuación, asegúrese de cerrar la válvula. Ahora, la pieza central del reactor de alta presión está completamente montada y se puede instalar en el sombrero del reactor.

Ahora, la instalación del reactor de alta presión puede tener lugar. Esto viene con una exposición muy corta del extremo abierto del tubo de muestreo a la atmósfera circundante, ya que la válvula de muestreo tiene que ser removida para obtener el tubo a través del sello del tornillo en el cabezal del reactor. Deje de quitar la válvula de muestreo y los tornillos del tubo de muestreo.

Guiar el tubo a través de la cabeza del reactor, deslizar el tornillo grande sobre el tubo, y fijar la cubierta pequeña. Ahora el conjunto de celda de reacción no puede deslizarse hacia atrás a través de la cabeza del reactor y ambas manos están libres de volver a instalar la válvula de muestreo. Retire el cabezal del reactor del vicio del banco para instalarlo en el recipiente del reactor.

El cabezal del reactor, incluida la pareja térmica, tiene que colocarse cuidadosamente en el recipiente del reactor, para no dañar la bolsa de oro o la pareja térmica. Por último, la cubierta robusta, equipada con el anillo dividido y los pernos de compresión, se fija alrededor del cabezal del reactor y el recipiente para sellar adecuadamente el sistema. El reactor de alta presión se monta cuidadosamente en el dispositivo de balanceo para evitar posibles lesiones, especialmente hematomas en los dedos.

El reactor de alta presión está fijado por dos abrazaderas deslizadas sobre un par de tornillos. Las arandelas y las tuercas de tornillo sujetan las abrazaderas en su lugar. Conecte las unidades de control de la pareja térmica y del sensor de presión.

Es importante asegurar la longitud suficiente de los cables para el movimiento de balanceo, evitando al mismo tiempo que su contenido caliente sus superficies. Por último, deslice el elemento calefactor sobre el recipiente del reactor y apriete su bloqueo de tornillo. El agua para presurizar el sistema se toma de un depósito por una bomba de alta presión.

Se transfiere a través de capilares de acero inoxidable al reactor de alta presión. El balanceo del reactor de alta presión garantiza una mezcla exhaustiva de la célula de reacción. Por ejemplo, de las fases de gas, fluido y/o sólido en él.

La velocidad de balanceo más lenta es importante para evitar el daño de la bolsa de oro por sólidos de movimiento rápido, o por la formación debido a los efectos de gravedad en el oro flexible a temperaturas elevadas. Nuestro sistema es capaz de girar alrededor en el ángulo verde y amarillo marcado en el indicador, que está cerca de 180 grados. Los parámetros experimentales son registrados simultáneamente por un software.

Para tomar una muestra, se une una jeringa de 5 mililitros a la pequeña interfaz de bloqueo de la válvula de muestreo en la parte superior del reactor de alta presión. Abra la válvula con cuidado. La muestra líquida es empujada a la jeringa automáticamente por la sobrepresión dentro de la célula de reacción.

Cierre la válvula después de que el volumen de la muestra alcance un mililitro. Separe la jeringa. La muestra de la jeringa se transfiere inmediatamente a un tubo de dos mililitros para su posterior procesamiento.

La determinación de la reducción microbiana del hierro férrico al hierro ferroso en la célula de reacción se logra mediante el análisis fotométrico. Una serie de soluciones estándar de hierro ferroso que contienen un complejo e indicador de hierro ferroso dependiente de la concentración de color púrpura, la ferroceno de hierro, sirve como agente de calibración. Los resultados del experimento del reactor de alta presión con una célula de reacción especial de titanio de oro muestran que la bacteria oxida el azufre y el hierro férrico al hierro ferroso y que hay un efecto significativo en la presión.

En la figura, se muestra el aumento de las concentraciones de hierro ferroso durante el período de 22 días para el experimento realizado a presiones de una barra y 100 bar. Aproximadamente, se detectaron 31 y 13 mililitros de hierro ferroso en los ensayos en una barra y 100 bar, respectivamente. Esto demuestra claramente que las células microbianas estaban activas incluso a 100 bar, pero que su actividad de reducción de hierro férrico fue significativamente menor a alta presión.

La imagen del microscopio electrónico de barrido muestra que las células en forma de varilla crecen en experimento a baja y alta presión. La célula de reacción flexible de titanio de oro desarrollada por Seyfried y sus compañeros de trabajo en 1979 tiene el potencial de ser utilizada para una amplia gama de investigaciones científicas, y todas ellas incluyendo reacciones con gases y fluidos corrosivos. Una aplicación podría ser la determinación de la solubilidad de hierros y gases a altas presiones y temperaturas.

Otra podría ser la determinación de las reacciones que se están sucediendo en un durante la formación de aceite y gases. Y el tercero, como en el estudio aquí, podría estar investigando reacciones microbianas a presiones y temperaturas elevadas.