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微污染物存在于我們周圍的環(huán)境中,并且越來越受到關(guān)注,因為眾所周知,它們很難用當(dāng)今可用的方法去除。這在水生環(huán)境和供水中令人擔(dān)憂,因為長期接觸微污染物可能對海洋和人類健康產(chǎn)生不利影響。
現(xiàn)在,麻省理工學(xué)院的一組研究人員最近在ACS 應(yīng)用聚合物材料雜志上發(fā)表了他們的工作,其中詳細(xì)介紹了一種基于肥皂的系統(tǒng)的開發(fā),以消除水中的微污染物。
簡而言之,該系統(tǒng)由數(shù)以百萬計的微型海綿組成,這些海綿能夠吸收水中的疏水污染物,即微污染物。這種方法被認(rèn)為既可持續(xù)又易于執(zhí)行。
微污染物
通常,微污染物的濃度很小,約為每升 0.01-100 微克,但它們?nèi)匀粚ι鷳B(tài)系統(tǒng)以及海洋和人類生命的健康構(gòu)成潛在危害。長期接觸微污染物可能會導(dǎo)致癌癥、先天性殘疾、器官損傷和其他重大健康問題。
潛在的來源包括通過人和動物傳播的殺蟲劑、殺蟲劑、塑料、工業(yè)甚至醫(yī)藥產(chǎn)品。
此外,砷或鉛等重金屬也是常見的微污染物,由于人口和工業(yè)的擴(kuò)大,以及在試圖消除這些元素時遇到的困難,越來越需要新的方法來解決這個問題。
近年來,已經(jīng)提出了許多處理方法和技術(shù)來去除幾乎所有水源和供水中發(fā)現(xiàn)的微污染物。
雖然去除微污染物最流行的方法是活性炭吸附,但這種技術(shù)需要專門的設(shè)備并且是能源密集型的,因為它只在高溫下才能很好地工作。
其他方法(例如反滲透)并不真正適合目的。
Robert T. Haslam 化學(xué)工程教授Patrick S. Doyle表示,由于它們的濃度和分子結(jié)構(gòu),它不會很好地消除這類分子。
基于肥皂的解決方案
在構(gòu)思一種有效的方法來解決與現(xiàn)有微污染物去除技術(shù)相關(guān)的一些挑戰(zhàn)時,麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊研究了一種常見的日常清潔產(chǎn)品——肥皂。
肥皂由稱為表面活性劑的分子組成,具有疏水(憎水)和親水(喜水)特性。當(dāng)水和肥皂結(jié)合時,親水鍵會產(chǎn)生肥皂泡沫,有助于將污垢和分子從表面(例如皮膚)帶走,而疏水鍵會在被水排斥時帶走這些分子。
這些疏水鍵被稱為膠束,這就是麻省理工學(xué)院團(tuán)隊在開發(fā)他們的方法時所關(guān)注的,他們通過合成具有清潔水能力并且還可以重復(fù)使用的膠束水凝膠顆粒來開發(fā)他們的方法。
該系統(tǒng)基于微流體,本質(zhì)上是在微觀尺度上控制和操縱幾何約束的流體。
皂基水凝膠由在紫外線下形成的化學(xué)鍵合膠束組成。當(dāng)水通過微粒系統(tǒng)時,微污染物會附著在膠束上,然后可以從水中分離出來。
可持續(xù)的水凈化
該系統(tǒng)足夠強(qiáng)大,可以從水中提取微污染物,但也足夠溫和,可以稍后將水凝膠顆粒與微污染物分離并重新穩(wěn)定以供重復(fù)使用,使其比現(xiàn)有方法更具可持續(xù)性。
Robert T. Haslam 化學(xué)工程教授Patrick S. Doyle表示,已經(jīng)證明就拉出率而言,當(dāng)您將其擴(kuò)大到工業(yè)用途時,這才是真正重要的,使用我們的初始格式,我們已經(jīng)可以勝過活性炭。
我們實際上可以在室溫下非常容易地再生這些粒子。近 10 個再生周期,性能變化很小。他補(bǔ)充道。
這些水凝膠還可以適應(yīng)幾乎任何疏水性微污染物,這使得該系統(tǒng)成為一種新穎的、動態(tài)的水凈化方法。
十分之一的人無法直接獲得清潔、安全的供水,這種方法可能會對生活在缺水地區(qū)和周邊地區(qū)的人們產(chǎn)生重大影響。
Robert T. Haslam 化學(xué)工程教授Patrick S. Doyle表示,水是最重要的東西,也許在接下來的幾十年里,所以在對整個世界如此重要的事情上工作是非常有成就感的。