Development of novel metal adsorbent for metal recycle system without neutralization
| Project/Area Number |
22K21322
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
1101:Environmental analyses and evaluation, environmental conservation measure and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高野 力 北海道大学, 工学研究院, 助教 (60964575)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | バイオソープション / 耐酸性細菌 / 生物吸着 / Biosorption / Acid tolerant bacteria / Metal recycling / E-waste |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は中和処理を必要としない金属リサイクルを実現するため、酸性条件下で金属を吸着する吸着材を開発する。
吸着材の素材として、強酸性条件下で生存し、金属を吸着可能な耐酸性細菌に着目した。
金属吸着に関与する、細胞表層のタンパク質を特定し、プラスミドを調製して大量生産を実現する。次に、マグネタイト、セルロース等の高分子を担体として、金属結合タンパク質と結合した、複合金属吸着材を開発する。
異なる金属を選択的に吸着可能な複合吸着材を組み合わせ、電子機器廃棄物から金属を選択的に分離可能なプロセスを構築するため、作成した吸着材の金属吸着能力や金属選択性を評価する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
中和処理を不要とした金属リサイクルシステムの開発を目的に、強酸性条件下における耐酸性細菌の金属吸着量と、陽イオンの挙動変化の解明に取り組んだ。現在主に検討されているリサイクル技術では、強酸を用いて電子機器廃棄物から金属イオンを浸出し、中和処理によりpHを中性にしたのちに吸着材を用いた吸着処理を行った。
本研究では、中和処理を不要とするため、電子機器に多く含有される、Co, Cu, Li, Mn, Niの5種類の金属イオンを含む模擬金属浸出液 (pH 1.5) を対象として、細菌を用いた強酸性条件下での金属吸着を行った。通常、強酸性条件下では、水素イオンとの競合により、金属吸着能力が低下する。本研究では、中性条件で生育し、強酸性条件下で生存可能な耐酸性細菌に着目した。模擬金属浸出液に菌体を懸濁し、金属吸着処理を行った。処理前後の濃度変化から、5種類の金属の減少量と、溶液中に放出された陽イオンの挙動を解明した。
現時点で、金属吸着に伴い、複数の陽イオンが菌体から放出されること、その種類と濃度、挙動は菌株によって異なることが示された。これらの結果から、Priestia sp. Mn7株が、強酸性条件下での金属吸着に適していることが示唆された。上述の結果について、 Young Asian Biochemical Engineers Community (YABEC) 2022において公表した。
本研究の成果により、金属吸着タンパク質を活用した吸着材の開発に必要な材料である、強酸性条件下での金属回収に適した菌株および処理条件を選定した。
現在、高い金属吸着能力を示した菌株について、金属吸着原理を解明するため、SEM-EDXによる金属分布の可視化や、RNA-seqによる金属吸着タンパク質の特定に取り組んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
金属吸着材開発の材料選定までは完了したが、当初予定していたタンパク質の特定が困難であり、RNA-seqによるタンパク質発現の分析に方針変更したため、当初より遅延している。既知のタンパク質を用いた複合吸着材の製作に並行して取り組んでおり、遅れの低減に努めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画していたタンパク質の発現比較ではなく、RNAの発現を比較するRNA-seqにより、金属吸着に関与するタンパク質を特定する。特定したタンパク質の機能から、耐酸性細菌の金属吸着メカニズムの解明に取り組む。また、金属と直接結合するタンパク質を用いて、高分子担体との複合吸着材の開発に取り組む。
高分子担体の候補物質としてセルロースを予定していたが、回収の容易性などを考慮して、磁性ビーズの使用を検討する。このため、磁性ビーズに結合するタンパク質と、金属吸着タンパク質の融合タンパク質の設計、生産に取り組む。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
