受海洋生物啟發(fā)的水處理突破

靈感來(lái)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(lái)清除水中的污染物。通過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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(shuō)。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(wú)機(jī)成分來(lái)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(shuō)，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(guò)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(yíng)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(shuō)。