Ученые исследуют свойства наночастиц железа, образованных бактериями

Одной из проблем гидрометаллургии являются металлосодержащие отходы, загрязняющие окружающую среду. Уменьшить их негативное влияние можно с помощью биотехнологий, в частности, за счет использования сульфатредуцирующих бактерий, способных осаждать металлы. Микробиологи Томского государственного университета совместно с сотрудниками Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН исследуют свойства одного из видов таких бактерий – Desulfovibrio, выделенную из сточных вод Челябинского металлургического комбината. В рамках проекта, поддержанного РНФ, ученые получат новые данные о магнитных свойствах наночастиц соединений железа, образованных бактериями-сульфатредукторами, что поможет экологично решать проблему отходов.
– Гидрометаллургический способ получения металлов включает дробление горных пород, их перемалывание и флотацию – когда в растворе происходит процесс разделения фракций за счет их разной плотности, – поясняет заведующая кафедрой физиологии растений, биотехнологии и биоинформатики Биологического института ТГУ Ольга Карначук. – От размола остаются отходы, которые содержат различные химические элементы, в том числе опасные, например, у золота сопутствующим элементом часто является мышьяк.
После флотации также остаются отходы в виде жидкой взвеси, так называемые «хвосты». Они содержат металлы в концентрации, недостаточной для рентабельного извлечения. Для их хранения существуют специальные резервуары – хвостохранилища. Даже при правильном использовании на этих сооружениях случаются аварийные ситуации, которые сопровождаются утечками и серьезным загрязнением окружающей среды. Не менее вредны и сточные воды обогатительных фабрик, содержащие тяжелые металлы.
– Использование сульфатредуцирующих бактерий в гидрометаллургии способно экологично решать проблему отходов, – отмечает Ольга Карначук. – Микроорганизмы, осаждающие металлы, при взаимодействии с ними образуют нерастворимые соединения – сульфиды. В связанной форме металлы переходят в ту форму, в которой они находятся под землей и становятся не опасны для окружающей среды. При этом возможны разные варианты взаимодействия сульфатредукторов с отходами, например, можно пропустить отходы после флотации через биореактор либо применить микроорганизмы в ветландах (площадках, создаваемых для хранения отходов в естественных условиях). В целом ряде стран подобные подходы уже используются.
Микробиологи и физики намерены впервые изучить магнитные свойства бактерий Desulfovibrio. Для исследований будут применены современные методы, включая просвечивающую электронную микроскопию, совмещенную с элементным микроанализом, рентгеновскую дифракцию и спектроскопию рентгеновского поглощения, синхротронное излучение. Эти подходы позволят изучать объекты на более глубоком уровне и получать новые данные об их структуре и функциональных свойствах.    
– На предварительном этапе нам вместе с коллегами удалось создать хороший задел: были проведены исследования на синхротроне НИЦ «Курчатовский институт», – рассказывает руководитель проекта, научный сотрудник БИ ТГУ Ольга Иккерт. – В настоящее время проводится анализ полученных данных.
По словам ученых, они надеются провести исследования и на синхротроне СКИФ, который в настоящее время строится под Новосибирском. Планируется, что этот самый мощный синхротрон на планете будет построен до 2023 года.
Это позволит гидрометаллургическим предприятиям, заинтересованным в применении экологичных технологий, оценить потенциал метода и возможности его внедрения на своем производстве.
Исследования, проводимые микробиологами и физиками, будут способствовать решению одной из приоритетных задач СНТР – созданию новых подходов для преодоления такой глобальной проблемы, как загрязнение окружающей среды и истощение природных ресурсов.