受海洋生物啟發(fā)的水處理突破

靈感來自海葵，海有機(jī)體絆住它與它的觸角獵物，一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出了有效的處理水的方法。

該研究由耶魯大學(xué)Menachem Elimelech實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)趙華章實(shí)驗(yàn)室合作，使用一種稱為納米凝聚劑的材料來清除水中的污染物。通過在一個(gè)步驟中去除多種污染物，該發(fā)現(xiàn)有望顯著改善幾個(gè)世紀(jì)以來使用凝結(jié)劑進(jìn)行水處理。結(jié)果發(fā)表在Nature Nanotechnology上。

當(dāng)加入水中時(shí)，常規(guī)的凝結(jié)劑如硫酸鋁和其它金屬鹽通過使它們聚集成較大的地層并沉淀而從水中除去較大的顆粒。因?yàn)檫@些凝結(jié)劑不能除去溶解在水中的較小顆粒，所以需要額外的處理方法。然而，采用多種技術(shù)進(jìn)行水處理是昂貴的，能源密集型的并且可能需要大量的土地。創(chuàng)建一種高效且易于操作的技術(shù)來清除水中的所有污染物是解決全球水資源短缺問題的關(guān)鍵。

該研究小組在結(jié)構(gòu)，性能和行為方面合成了一種新型，高度穩(wěn)定的納米凝聚劑，與傳統(tǒng)混凝劑不同。除了去除懸浮顆粒外，該納米凝固劑還可去除少量溶解的污染物。

“納米凝固劑的行為受其結(jié)構(gòu)控制，”Ryan DuChanois博士說。Elimelech實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生。“在某些條件下，納米凝固劑保持一種結(jié)構(gòu)，可以隨時(shí)間儲(chǔ)存。”

獼猴桃是一種海葵，有一個(gè)球形體，觸手可以在休息時(shí)收縮，并在捕捉獵物的同時(shí)伸展。以這種海洋捕食者為模型，研究人員合成了凝結(jié)劑，使用有機(jī)和無機(jī)成分來復(fù)制獼猴桃的結(jié)構(gòu)。

與獼猴桃類似，納米凝聚劑具有核 - 殼結(jié)構(gòu)，在水中由內(nèi)向外翻轉(zhuǎn)。殼體使較大的懸浮顆粒不穩(wěn)定和嵌入，而暴露的核心捕獲較小的溶解的顆粒。它可以去除廣泛的污染物，從微量微污染物到較大的顆粒 - 其中許多都是常規(guī)方法，并引起嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。

“去除硝酸鹽的能力非常令人驚訝，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的水凝結(jié)劑對(duì)硝酸鹽的去除可以忽略不計(jì)，”Elimelech說，Roberto C. Goizueta化學(xué)與環(huán)境工程教授。這對(duì)水處理也很重要，因?yàn)橄跛猁}污染與“藍(lán)嬰”綜合癥有關(guān)，這是一種影響世界某些地區(qū)幼兒的潛在致命疾病。

北京大學(xué)趙華章教授表示，這是一個(gè)一步到位的過程，這項(xiàng)工作有望取代現(xiàn)有的水處理方法，大大降低水處理的運(yùn)營成本。“它還為制造'智能'材料打開了大門，這些材料可以根據(jù)環(huán)境改變配置和功能，”他說。