Login processing...

JoVE Journal
Engineering
Author Produced

This content is Open Access.

JoVE Journal Engineering

Brug af fleksible guld-titanium reaktions celler til at simulere tryk afhængig mikrobiel aktivitet i forbindelse med underjordiske Biomining

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Journal (Engineering)

A Soft Tooling Process Chain for Injection Molding of a 3D Component with Micro Pillars

Dielectric RheoSANS — Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Journal (Engineering)

Dielectric RheoSANS — Simultaneous Interrogation of Impedance, Rheology and Small Angle Neutron Scattering of Complex Fluids

Click here for the English version

Brug af fleksible guld-titanium reaktions celler til at simulere tryk afhængig mikrobiel aktivitet i forbindelse med underjordiske Biomining

Article DOI: 10.3791/60140-v

October 5th, 2019 •

Christian Ostertag-Henning¹, Ruiyong Zhang¹, Oliver Helten¹, Thomas Weger¹, Axel Schippers¹

¹Federal Institute for Geosciences and Natural Resources

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

October 5th, 2019

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Denne protokol beskriver mikrobielle eksperimenter under forhøjet tryk for at studere in situ biomining processer. Den eksperimentelle tilgang anvender en Rocking højtryks reaktor udstyret med en guld-titanium reaktions celle, der indeholder en mikrobiel kultur i et surt, jern rigt medium.

Transcript

Biomining beskriver anvendt Bioleaching til udvinding af kobber og andre trykmetaller fra sten ved at opløse metalsulfider ved hjælp af sureofile bakterier. For eksempel er kobber coopashefamale kan udvindes med denne bakterie ved at opløse sulfider. Og kobbersulfat rige opløsning er derefter genereret, hvorfra kobber let kan udvindes.

In situ biomining er udvinding af metaller ved hjælp af bakterier uden behov for udgravning og minedrift under jorden eller i et åbent hul. I stedet pumpes en jernrig sur opløsning ned i klippeformationen, metalsulfider opløses, og den metalrige opløsning pumpes tilbage til overfladen, hvorfra metaller derefter kan udvindes. I dette eksperiment er der en højtryksreaktorcelle, som simulerer forholdene nede i den dybe formation.

Bakterier er undersøgt og deres aktivitet i forbindelse med jern-reduktion koblet til oxidation af svovlforbindelser, og især vi er interesseret i at se, hvordan aktive cellerne er under højt tryk, og hvordan deres satser ændrer sig under trykket. Til forsøgene kan en højtryksreaktor, som den afbildet her, bruges, og kan simulere trykforhold op til 350 bar. Bunden af en højtryksreaktor består af et reaktorfartøj, som kan indeholde en væskeprøve med mikrobiel kultur.

Reaktorhovedet tilbyder en bred vifte af tilslutninger til sikkerhedsforanstaltninger og overvågningssensorer. For eksempel temperatur eller tryk inde i reaktoren. De fleste højtryksreaktorer er lavet af rustfrit stål.

Dette materiale giver høj modstandsdygtighed og gode bearbejdningsegenskaber. Til visse anvendelser såsom forsøg med sure eller stærkt reducerende vandige opløsninger er korrosionsbestandigheden af rustfrit stål overfladen dog muligvis ikke tilstrækkelig. En måde at undgå dette på er at indsætte en liner i reaktorbeholderen.

Her en liner lavet af tefflon. Tefflon har en høj korrosionsbestandighed, men det kommer med en højere risiko for forurening, da det ikke kan steriliseres ved autoclaving og jern ansigter kan udfælde på dens overflade. En anden liner materiale, der kan bruges, er kvarts glas.

Det er let at rengøre, kan steriliseres ved autoklavering, og er mindre påvirket af sure eller reducere vandige løsninger Selvom liner materiale kan bidrage til at forhindre uønskede reaktioner af en prøve med en rustfri stålreaktor væg, flere problemer tilbage. Hvis der dannes en ætsende gas, for eksempel hydrogensulfid, kan denne gas reagere med den udækkede overflade af reaktorhovedet, der sidder over foringen. En anden ulempe er, at det ikke er muligt at trække prøven ud af reaktoren uden at ændre trykket.

For at overvinde disse begrænsninger brugte vi en særlig reaktionscelle, en fleksibel guldpose med et titaniumhoved. Guldoverfladen er korrosionsbestandig over for sure eller reducerende opløsninger og gasser. Titanium overfladen er meget inert, også.

Hvornår skal danne en kontinuerlig titandioxid lag, her synlig i mørkeblå. Under prøveudtagningen bliver guldposen mindre i volumen. Mængden af guldposen bør ikke reduceres med mere end 50% for at forhindre dannelse af skarpe knæk og kanter.

Dele vist her er de enkelte stykker af guld taske eksperiment interne setup. Man kan se, fra bunden til toppen, den fleksible guld pose reaktion celle, titanium forsegling system, der består af en titanium hoved, vaskemaskine, og kompression fed ring, og prøveudtagning rør og ventil for at få adgang til reaktionscellen under drift tilstand. Nu overfører vi prøven til guld titanium reaktionscellen.

For det første skal du åbne og låse det tomme kammer op og lægge alt det indgående materiale på den bevægelige bakke. Luk og lås frontdækslet. Efter evakuering af anti-kammer, bære handskeparret og komme tættest på den indvendige dæksel.

Lås det indvendige dæksel op og åbn for at fjerne det indgående materiale fra den bevægelige bakke. Udpak den rene guldpose og fastgør dens stativ. Åbn serumflasken, som indeholder 100 ml bakteriekultur og elementært svovl.

Ryst forsigtigt serumflasken og overfør bakteriekulturen i guldposen. Sæt titaniumhovedet med monteringsrøret i titaniumdækslet på guldposen. Skub derefter vaskemaskinen og kompressionsfedringen over titaniumprøveglasset.

Fastgør de seks elmeskruer i samme omfang for at sikre en jævn trykfordeling af titaniumhatten på den øverste kant af guldposen i titaniumdækslet. Dette er forseglingsoverfladen af guld titanium reaktionscelle. Monter prøvetagningsventilen igen øverst i titaniumrøret.

Stram forbindelsens hånd stramt. Sørg derefter for at lukke ventilen. Nu er højtryksreaktorens kernestykke fuldt samlet og kan installeres i reaktorhatten.

Nu kan installationen af højtryksreaktoren finde sted. Dette kommer med en meget kort eksponering af den åbne ende af prøvetagningsrøret til den omgivende atmosfære, da prøvetagningsventilen skal fjernes for at få røret gennem skruetætningen i reaktorhovedet. Stop fjernelsen af prøvetagningsventilen og skruerne fra prøvetagningsrøret.

Før røret gennem reaktorhovedet, skub den store skrue over røret og fastgør det lille dæksel. Nu kan reaktionscellesamlingen ikke glide tilbage gennem reaktorhovedet, og begge hænder kan frit geninstallere prøvetagningsventilen. Fjern reaktorhovedet fra bænken vice at installere det på reaktoren fartøjet.

Reaktorhovedet, herunder det termiske par, skal placeres omhyggeligt på reaktorbeholderen, ikke for at beskadige guldposen eller det termiske par. Endelig fastgøres det robuste dæksel, der er udstyret med flækkeringen og kompressionsboltene, omkring reaktorhovedet og beholderen for at forsegle systemet på passende vis. Højtryksreaktoren er omhyggeligt monteret i rokkeanordningen for at undgå potentielle skader, især blå mærker af fingre.

Højtryksreaktoren fikseres af to klemmer, der er gledet over et par skruer. Skiver og skrue møtrikker holde klemmerne på plads. Tilslut styreenhederne til det termiske par og tryksensoren.

Det er vigtigt at sikre, at ledningerne er tilstrækkelig lange til rokkende bevægelse, samtidig med at dens indhold forhindres i at opvarme dens overflader. Endelig skubbe varmeelementet over reaktorbeholderen, og stram sin skruelås. Vandet til at presse systemet er taget fra et reservoir af en højtrykspumpe.

Det overføres gennem rustfrit stål kapillærer i højtryksreaktoren. Rokning af højtryksreaktoren garanterer grundig blanding af reaktionscellen. F.eks. af gas-, væske- og/eller faste faser i den.

Den langsommere vuggende hastighed er vigtigt at forhindre skader af guldposen ved hurtigt bevægende faste stoffer, eller ved dannelsen på grund af tyngdekraften virkninger på den fleksible guld ved forhøjede temperaturer. Vores system er i stand til at rotere rundt på den grøn-og gul-markerede vinkel på indikatoren, som er tæt på 180 grader. Eksperimentelle parametre registreres samtidig af en software.

For at tage en prøve er der fastgjort en 5 millilitersprøjte til den lille låsegrænseflade i prøvetagningsventilen øverst på højtryksreaktoren. Åbn ventilen forsigtigt. Væskeprøven skubbes automatisk ind i sprøjten ved overtrykket inde i reaktionscellen.

Luk ventilen, når prøvevolumenet når en milliliter. Afræn sprøjten. Prøven i sprøjten overføres straks til et to milliliterrør til videre forarbejdning.

Bestemmelse af den mikrobielle reduktion af jernholdigt jern til jernholdigt jern i reaktionscellen opnås ved fotometrisk analyse. En række jernholdige jern standard løsninger, der indeholder en lilla farvet koncentration afhængige jern jern kompleks og indikator, jern ferrocene, tjener som en kalibrering agent. Resultaterne af højtryksreaktorforsøget med speciel guld titanium reaktionscelle viser, at bakterierne oxiderer svovl og jernholdigt jern til jernholdigt jern, og at der er en betydelig effekt på trykket.

I figuren vises stigningen i jernholdige jernkoncentrationer i perioden på 22 dage for det forsøg, der udføres ved tryk på en bar og 100 bar. Ca. 31 og 13 millimole jern jern blev påvist i analyserne på en bar og 100 bar, henholdsvis. Dette viser tydeligt, at mikrobielle celler var aktive selv ved 100 bar, men at deres jernreducerende aktivitet var betydeligt lavere ved højtryk.

Scanningselektromikroskop billedet viser stang-formede celler vokse i eksperiment ved lavt og højt tryk. Den fleksible guld titanium reaktionscelle udviklet af Seyfried og kolleger i 1979 har potentiale til at blive brugt til en bred vifte af videnskabelige undersøgelser, og alle af dem, herunder reaktioner med ætsende gasser og væsker. En anvendelse kunne være bestemmelse af opløseligheden af strygejern og gasser ved højt tryk og temperaturer.

En anden kunne være bestemmelsen af reaktioner, der foregår i en under dannelsen af olie og gasser. Og den tredje, som i undersøgelsen her, kunne undersøge mikrobielle reaktioner ved forhøjede tryk og temperaturer.

X

Simple Hit Counter