受海洋生物启发的水处理突破


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2018-11-27 09:42:43 来源:

灵感来自海葵,海有机体绊住它与它的触角猎物,一组研究人员已经开发出了有效的处理水的方法。

该研究由耶鲁大学Menachem Elimelech实验室和北京大学赵华章实验室合作,使用一种称为纳米凝聚剂的材料来清除水中的污染物。通过在一个步骤中去除多种污染物,该发现有望显着改善几个世纪以来使用凝结剂进行水处理。结果发表在Nature Nanotechnology上。

当加入水中时,常规的凝结剂如硫酸铝和其它金属盐通过使它们聚集成较大的地层并沉淀而从水中除去较大的颗粒。因为这些凝结剂不能除去溶解在水中的较小颗粒,所以需要额外的处理方法。然而,采用多种技术进行水处理是昂贵的,能源密集型的并且可能需要大量的土地。创建一种高效且易于操作的技术来清除水中的所有污染物是解决全球水资源短缺问题的关键。

该研究小组在结构,性能和行为方面合成了一种新型,高度稳定的纳米凝聚剂,与传统混凝剂不同。除了去除悬浮颗粒外,该纳米凝固剂还可去除少量溶解的污染物。

“纳米凝固剂的行为受其结构控制,”Ryan DuChanois博士说。Elimelech实验室的学生。“在某些条件下,纳米凝固剂保持一种结构,可以随时间储存。”

猕猴桃是一种海葵,有一个球形体,触手可以在休息时收缩,并在捕捉猎物的同时伸展。以这种海洋捕食者为模型,研究人员合成了凝结剂,使用有机和无机成分来复制猕猴桃的结构。

与猕猴桃类似,纳米凝聚剂具有核 - 壳结构,在水中由内向外翻转。壳体使较大的悬浮颗粒不稳定和嵌入,而暴露的核心捕获较小的溶解的颗粒。它可以去除广泛的污染物,从微量微污染物到较大的颗粒 - 其中许多都是常规方法,并引起严重的公共卫生问题。

“去除硝酸盐的能力非常令人惊讶,因为传统的水凝结剂对硝酸盐的去除可以忽略不计,”Elimelech说,Roberto C. Goizueta化学与环境工程教授。这对水处理也很重要,因为硝酸盐污染与“蓝婴”综合症有关,这是一种影响世界某些地区幼儿的潜在致命疾病。

北京大学赵华章教授表示,这是一个一步到位的过程,这项工作有望取代现有的水处理方法,大大降低水处理的运营成本。“它还为制造'智能'材料打开了大门,这些材料可以根据环境改变配置和功能,”他说。

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