Met behulp van flexibele goud-Titanium reactie cellen om druk afhankelijke microbiële activiteit te simuleren in de context van suboppervlakte Biomining

Biomining beschrijft toegepast Bioleaching voor de extractie van koper en andere drukmetalen uit rotsen door het oplossen van metaalsulfides met behulp van acidofiele bacteriën. Bijvoorbeeld, koper is coopashefa erts kan worden geëxtraheerd met deze bacteriën door het oplossen van de sulfiden. En kopersulfaat rijke oplossing wordt dan gegenereerd waaruit het koper gemakkelijk kan worden geëxtraheerd.

In situ biomining is de extractie van metalen met behulp van bacteriën zonder de noodzaak van opgraving en mijnbouw activiteiten ondergronds of in een open put. In plaats daarvan wordt een ijzerrijke zure oplossing naar beneden gepompt in de rotsformatie, metalen sulfides worden opgelost en wordt de metaalrijke oplossing teruggepompt naar het oppervlak waaruit metalen vervolgens kunnen worden geëxtraheerd. In dit experiment is er een hogedrukreactorcel die de omstandigheden in de diepe formatie simuleert.

Bacteriën worden bestudeerd en hun activiteit in verband met ijzerreductie gekoppeld aan de oxidatie van zwavelverbindingen, en in het bijzonder zijn we geïnteresseerd in om te zien hoe actief de cellen onder hoge druk staan, en hoe hun tarieven veranderen onder de druk. Voor de experimenten kan een hogedrukreactor, zoals hier afgebeeld, worden gebruikt en kan drukomstandigheden tot 350 staven simuleren. De bodem van een hogedrukreactor bestaat uit een reactorvat, dat een vloeistofmonster met microbiële cultuur kan bevatten.

De reactorkop biedt een breed scala aan aansluitingen voor veiligheidsmaatregelen en bewakingssensoren. Bijvoorbeeld temperatuur of druk in de reactor. De meeste hogedrukreactoren zijn gemaakt van roestvrij staal.

Dit materiaal biedt een hoge veerkracht en goede bewerkingseigenschappen. Voor bepaalde toepassingen, zoals experimenten met zure of zeer reducerende waterige oplossingen, is de corrosiebestendigheid van het roestvrijstalen oppervlak echter niet voldoende. Een manier om dit te voorkomen is het inbrengen van een voering in het reactorvat.

Hier, een voering gemaakt van tefflon. Tefflon heeft een hoge corrosiebestendigheid, maar het komt met een hoger risico op verontreiniging, omdat het niet kan worden gesteriliseerd door autoclaving en ijzeren vlakken kunnen neerslaan op het oppervlak. Een ander voeringsmateriaal dat kan worden gebruikt is kwartsglas.

Het is gemakkelijk schoon te maken, kan worden gesteriliseerd door autoclaving, en wordt minder beïnvloed door zure of het verminderen van waterige oplossingen Hoewel voering materiaal kan helpen om ongewenste reacties van een monster met een roestvrijstalen reactorwand te voorkomen, blijven er verschillende problemen bestaan. Als een corrosief gas wordt gevormd, bijvoorbeeld waterstofsulfide, kan dit gas reageren met het onbedekte oppervlak van de reactorkop die boven de voering zit. Een ander nadeel is dat het niet mogelijk is om het monster uit de reactor te halen zonder de druk te veranderen.

Om deze beperkingen te overwinnen, gebruikten we een speciale reactiecel, een flexibele gouden zak met een titanium kop. Het goudoppervlak is corrosiebestendig tegen zure of reducerende oplossingen en gassen. Het titanium oppervlak is ook zeer inert.

Wanneer een continue titaniumdioxidelaag te vormen, hier zichtbaar in donkerblauw. Tijdens de bemonstering krimpt de goudzak in volume. Het volume van de goudzak mag niet met meer dan 50% worden verminderd om vorming van scherpe knikken en randen te voorkomen.

Onderdelen hier getoond zijn de individuele stukken van de gouden zak experiment interne setup. Men kan zien, van de bodem naar de top, de flexibele gouden zak reactiecel, de titanium afdichting systeem, bestaande uit een titanium kop, ring, en compressie vet ring, en de bemonstering buis en klep om toegang te krijgen tot de reactiecel tijdens de werking modus. We brengen het monster over in de gouden titanium reactiecel.

Ten eerste, open en ontgrendel de lege kamer, en laad al het binnenkomende materiaal op de beweegbare lade. Sluit en vergrendel de voorkant. Na de evacuatie van de anti-kamer, draag het handschoenpaar en krijg het dichtst bij de binnenste dekking.

Ontgrendel en open de binnenklep om het binnenkomende materiaal uit de beweegbare lade te verwijderen. Pak de schone gouden zak uit en zet de standaard vast. Open de serumfles die 100mL bacteriële cultuur en elementaire zwavel bevat.

Schud de serumfles voorzichtig en breng de bacteriecultuur over in de gouden zak. Steek de titanium kop met montagebuis in de titanium deksel op de gouden zak. Schuif vervolgens de wasmachine en de compressie vet ring over de titanium bemonstering buis.

Bevestig de zes iepschroeven in dezelfde mate om een gelijkmatige drukverdeling van de titanium hoed op de bovenste rand van de gouden zak in de titanium cover te garanderen. Dit is het afdichtingsoppervlak van de gouden titanium reactiecel. Installeer de bemonsteringsklep opnieuw aan de bovenkant van de titanium buis.

Draai de verbindingshand strak vast. Zorg er dan voor dat je de klep sluit. Nu is het kernstuk van de hogedrukreactor volledig geassembleerd en kan het in de reactorhoed worden geïnstalleerd.

Nu kan de installatie van de hogedrukreactor plaatsvinden. Dit wordt geleverd met een zeer korte blootstelling van de open-end van de bemonsteringsbuis aan de omringende atmosfeer, omdat de bemonsteringsklep moet worden verwijderd om de buis door de schroefafdichting in de reactorkop te krijgen. Stop met het verwijderen van de bemonsteringsklep en schroeven uit de bemonsteringsbuis.

Leid de buis door de reactorkop, schuif de grote schroef over de buis en maak het kleine deksel vast. Nu kan de reactiecelassemblage niet terugschuiven door de reactorkop en beide handen zijn vrij om de bemonsteringsklep opnieuw te installeren. Verwijder de reactorkop van de bank ondeugd om het te installeren op het reactorvat.

De reactorkop, inclusief het thermische paar, moet zorgvuldig op het reactorvat worden geplaatst, niet om de gouden zak of het thermische paar te beschadigen. Ten slotte wordt de robuuste afdekking, uitgerust met de gespleten ring en compressiebouten, rond de reactorkop en het vat bevestigd om het systeem op de juiste manier af te sluiten. De hogedrukreactor is zorgvuldig gemonteerd in het schommelapparaat om mogelijke verwondingen, met name blauwe plekken van vingers, te voorkomen.

De hogedrukreactor wordt gefixeerd door twee klemmen die over een paar schroeven worden geschutaard. Ringen en schroefmoeren houden de klemmen op hun plaats. Sluit de bedieningseenheden aan voor het thermische paar en de druksensor.

Het is belangrijk om de voldoende lengte van de draden voor de schommelende beweging te waarborgen, terwijl het gehalte ervan wordt voorkomen dat de oppervlakken worden verwarmen. Tot slot schuif je het verwarmingselement over het reactorvat en draai je de schroefvergrendeling aan. Het water om het systeem onder druk te zetten wordt door een hogedrukpomp uit een reservoir gehaald.

Het wordt overgebracht via roestvrijstalen haarvaten in de hogedrukreactor. Het schommelen van de hogedrukreactor garandeert een grondige menging van de reactiecel. Bijvoorbeeld van het gas, vloeistof en/of vaste fasen erin.

De langzamere schommelsnelheid is belangrijk om schade aan de gouden zak te voorkomen door snel bewegende vaste stoffen, of door de vorming als gevolg van de zwaartekracht effecten op het flexibele goud bij verhoogde temperaturen. Ons systeem is in staat om te draaien rond op de groen-en geel-gemarkeerde hoek op de indicator, die dicht bij 180 graden. Experimentele parameters worden tegelijkertijd geregistreerd door een software.

Om een monster te nemen, is een spuit van 5 milliliter bevestigd aan de kleine slotinterface van de bemonsteringsklep aan de bovenkant van de hogedrukreactor. Open de klep voorzichtig. Het vloeibare monster wordt automatisch in de spuit geduwd door de overdruk in de reactiecel.

Sluit de klep nadat het monstervolume één milliliter bereikt. Maak de spuit los. Het monster in de spuit wordt onmiddellijk overgebracht naar een buis van twee milliliter voor verdere verwerking.

Bepaling van de microbiële reductie van ijzer tot ijzer in de reactiecel wordt bereikt door fotometrische analyse. Een reeks van ferro ijzer standaard oplossingen met een paars gekleurde concentratie afhankelijk ferro ijzer complex en indicator, ijzer ferroceen, dient als een kalibratiemiddel. Resultaten van het hogedrukreactorexperiment met speciale goud titanium reactiecel tonen aan dat de bacteriën zwavel en ijzer oxideren tot ijzer en dat er een significant effect op de druk is.

In het cijfer wordt de toename van de ferro-ijzerconcentraties over de periode van 22 dagen weergegeven voor het experiment dat wordt uitgevoerd bij druk van één bar en 100 bar. Ongeveer 31 en 13 millimole ijzer werden aangetroffen in de tests aan een bar en 100 bar, respectievelijk. Dit toont duidelijk aan dat microbiële cellen zelfs bij 100 bar actief waren, maar dat hun ijzerreducerende activiteit aanzienlijk lager was bij hoge druk.

Het beeld van de scanningelektronenmicroscoop toont staafvormige cellen groeien in experiment bij lage en hoge druk. De flexibele gouden titanium reactiecel ontwikkeld door Seyfried en collega's in 1979 heeft het potentieel om te worden gebruikt voor een breed scala van wetenschappelijke onderzoeken, en allemaal met inbegrip van reacties met bijtende gassen en vloeistoffen. Een toepassing zou kunnen zijn bepaling van de oplosbaarheid van ijzers en gassen bij hoge druk en temperaturen.

Een andere zou de bepaling van de reacties gaande in een tijdens de vorming van olie en gassen. En de derde, zoals in de studie hier, zou microbiële reacties kunnen onderzoeken bij verhoogde druk en temperaturen.