This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
Använda flexibla reaktions celler i guld-Titan för att simulera tryck beroende mikrobiell aktivitet i samband med subsurface-Biomining
Chapters
Summary October 5th, 2019
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Detta protokoll beskriver mikrobiella experiment under förhöjt tryck för att studera in situ biomining processer. Den experimentella metoden sysselsätter en gungande högtrycks reaktor utrustad med en guld-Titan reaktion cell som innehåller en mikrobiell kultur i ett surt, järnrikt medium.
Transcript
Biomining beskriver tillämpad Bioleaching för utvinning av koppar och andra tryckmetaller från bergarter genom att lösa upp metallsulfider med hjälp av sura bakterier. Till exempel är koppar coopashefa malm kan utvinnas med denna bakterie genom att lösa sulfiderna. Och kopparsulfat rik lösning genereras sedan från vilken koppar lätt kan utvinnas.
In situ biomining är utvinning av metaller med hjälp av bakterier utan behov av utgrävning och gruvverksamhet under jord eller i en dagbrott. Istället pumpas en järnrik sur lösning ner i bergformationen, metallsulfider löses upp och den metallrika lösningen pumpas tillbaka till ytan från vilken metaller sedan kan utvinnas. I just det här experimentet finns en högtrycksreaktorcell som simulerar förhållandena nere i den djupa formationen.
Bakterier studeras och deras verksamhet i samband med järn-minskning kopplade till oxidation av svavelföreningar, och i synnerhet vi är intresserade av att se hur aktiva cellerna är under högt tryck, och hur deras priser förändras under trycket. För experimenten kan en högtrycksreaktor, som den som avbildas här, användas och kan simulera tryckförhållanden upp till 350 barer. Botten av en högtrycksreaktor består av ett reaktorkärl, som kan innehålla ett vätskeprov med mikrobiell kultur.
Reaktorhuvudet erbjuder ett varierat utbud av anslutningar för säkerhetsåtgärder och övervakningssensorer. Till exempel temperatur eller tryck inne i reaktorn. De flesta högtrycksreaktorer är tillverkade av rostfritt stål.
Detta material erbjuder hög motståndskraft och goda bearbetningsegenskaper. Men för vissa tillämpningar såsom experiment med sura eller mycket reducerande vattenlösningar, korrosionsbeständigheten hos den rostfria ytan kanske inte är tillräcklig. Ett sätt att undvika detta är att sätta in en liner i reaktorkärlet.
Här, en liner tillverkad av tefflon. Tefflon har en hög korrosionsbeständighet, men det kommer med en högre risk för kontaminering, eftersom det inte kan steriliseras genom autoklavering och järn ansikten kan fälla ut på dess yta. Ett annat linermaterial som kan användas är kvartsglas.
Det är lätt att rengöra, kan steriliseras genom autoklavering, och påverkas mindre av sura eller minska vattenlösningar Även om liner material kan bidra till att förhindra oönskade reaktioner av ett prov med en rostfri reaktorvägg, flera problem kvarstår. Om en frätande gas bildas, till exempel vätesulfid, kan denna gas reagera med den avtäckta ytan av reaktorhuvudet som sitter ovanför linern. En annan nackdel är att det inte går att dra tillbaka prov från reaktorn utan att ändra trycket.
För att övervinna dessa begränsningar använde vi en speciell reaktionscell, en flexibel guldpåse med ett titanhuvud. Guldytan är korrosionsbeständig mot sura eller reducerande lösningar och gaser. Titanytan är också mycket inert.
När man ska bilda ett kontinuerligt titandioxidskikt, här synligt i mörkblått. Under provtagningen krymper guldpåsen i volym. Guldpåsens volym bör inte minskas med mer än 50 %för att förhindra att skarpa kinks och kanter bildas.
Delar som visas här är de enskilda bitarna av guldpåsen experimentets interna setup. Man kan se, från botten till toppen, den flexibla guldpåsen reaktionscell, titan tätningssystem, bestående av en titan huvud, bricka, och kompression fet ring, och provtagningsröret och ventilen för att komma åt reaktionscellen under drift läge. Nu, överför vi provet i guld titan reaktionscellen.
För det första, öppna och låsa upp den tomma kammaren, och ladda allt inkommande material på den rörliga brickan. Stäng och lås den främre luckan. Efter evakuering av anti-kammaren, bär handskeparet och kommer närmast det inre locket.
Lås upp och öppna den inre luckan för att ta bort det ingående materialet från det rörliga facket. Packa upp den rena guldpåsen och säkra dess stativ. Öppna serumflaskan som innehåller 100mL bakteriekultur och elemental svavel.
Skaka försiktigt serumflaskan och överför bakteriekulturen i guldpåsen. Sätt in titanhuvudet med ihopfogande rör i titankåpan på guldpåsen. Sedan skjut brickan och kompressions fet ring över titan provtagningsröret.
Fäst de sex almskruvarna i samma utsträckning för att säkerställa en jämn tryckfördelning av titanhatten på den översta kanten av guldpåsen i titankåpan. Detta är tätningsytan på guldtitans reaktionscell. Åter installera provtagningsventilen längst upp på titanröret.
Dra åt anslutningshanden tätt. Se sedan till att stänga ventilen. Nu är högtrycksreaktorns kärnstycke helt monterad och kan installeras i reaktorhatten.
Nu kan installationen av högtrycksreaktorn ske. Detta kommer med en mycket kort exponering av den öppna änden av provtagningsröret till den omgivande atmosfären, eftersom provtagningsventilen måste tas bort för att få röret genom skruvtätningen i reaktorhuvudet. Sluta ta bort provtagningsventilen och skruvarna från provtagningsröret.
Guide röret genom reaktorhuvudet, skjut den stora skruven över röret, och fäst den lilla luckan. Nu kan inte reaktionscellenheten glida tillbaka genom reaktorhuvudet och båda händerna är fria att återinstallera provtagningsventilen. Ta bort reaktorhuvudet från bänkskyldeln för att installera det på reaktorkärlet.
Reaktorhuvudet, inklusive det termiska paret, måste försiktigt placeras på reaktorkärlet, inte för att skada guldpåsen eller det termiska paret. Slutligen är den robusta kåpan, försedd med splitringen och kompressionsbultarna, fast runt reaktorhuvudet och kärlet för att på lämpligt sätt täta systemet. Högtrycksreaktorn är noggrant monterad i gunganordningen för att undvika potentiella skador, särskilt blåmärken av fingrar.
Högtrycksreaktorn fixeras av två klämmor som skjuts över ett par skruvar. Brickor och skruvmuttrar håller klämmorna på plats. Anslut styrenheterna för det termiska paret och trycksensorn.
Det är viktigt att säkerställa den tillräckliga längden på trådarna för gungrörelse, samtidigt som den hindrar dess innehåll att värma dess ytor. Skjut slutligen värmeelementet över reaktorkärlet, och dra åt dess skruvspärr. Vattnet för att tryckskansera systemet tas från en reservoar av en högtryckspump.
Det överförs genom kapillärer av rostfritt stål in i högtrycksreaktorn. Gunga av högtrycksreaktorn garanterar grundlig blandning av reaktionscellen. Till exempel av gasen, vätska, och / eller fasta faser i den.
Den långsammare gunghastigheten är viktig för att förhindra att guldpåsen skadas av snabbrörliga fasta ämnen, eller genom att bildningen på grund av gravitationseffekter på det flexibla guldet vid förhöjda temperaturer. Vårt system kan rotera omkring på den grön-och gul-märkta vinkeln på indikatorn, som är nära 180 grader. Experimentella parametrar loggas samtidigt av en programvara.
För att ta ett prov är en 5 milliliter spruta fäst vid provtagningsventilens lilla låsgränssnitt högst upp i högtrycksreaktorn. Öppna ventilen försiktigt. Vätskeprovet trycks in i sprutan automatiskt av övertrycket inuti reaktionscellen.
Stäng ventilen efter att provvolymen nått en milliliter. Lösgör sprutan. Provet i sprutan överförs omedelbart till ett två-milliliterrör för vidare bearbetning.
Bestämning av den mikrobiella minskningen av järnjärn till järnjärn i reaktionscellen uppnås genom fotometrisk analys. En serie järn järn standardlösningar som innehåller en lila färgad koncentration beroende järn järn komplex och indikator, järn ferrocene, fungerar som ett kalibreringsmedel. Resultat av högtrycksreaktorn experiment med speciella guld titan reaktionscell visar att bakterierna oxiderar svavel och järn järn till järnjärn och att det finns en betydande effekt på trycket.
I figuren visas ökningen av järnjärnkoncentrationer under perioden 22 dagar för det experiment som utförs vid tryck på en bar och 100 bar. Ungefär upptäcktes 31 och 13 millimol järn i analyserna vid en bar respektive 100 bar. Detta visar tydligt att mikrobiella celler var aktiva även på 100 bar, men att deras ferric järn minska verksamheten var betydligt lägre vid högt tryck.
Bilden av svepelektronmikroskop visar att stavformade celler växer i experiment vid lågt och högt tryck. Den flexibla guld titan reaktionscell som utvecklats av Seyfried och medarbetare i 1979 har potential att användas för en mängd olika vetenskapliga undersökningar, och alla av dem inklusive reaktioner med frätande gaser och vätskor. En tillämpning skulle kunna vara bestämning av lösligheten hos järn och gaser vid höga tryck och temperaturer.
En annan kan vara fastställandet av reaktioner som pågår i a under bildandet av olja och gaser. Och den tredje, som i studien här, skulle kunna undersöka mikrobiella reaktioner vid förhöjda tryck och temperaturer.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
