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一种革命性水处理材料  

2015-12-27 20:30:15|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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目前在大规模水处理方面,比较难的是痕量残留物的清除技术,这已经成为制约供水领域的瓶颈难题,最新发表的论文有望给这一难题提供一种方法。让我们先了解一下大概的情况。

当前处理痕量残留的方法是活性炭技术,但是因为存在价格比较高,再生比较困难的问题,不适合大规模采用。最新的材料可以更经济,使用也更方便容易,这将从根本上解决问题。如果这种技术能成功,将可以把自来水中浓度非常小的小分子有机物,如双酚A这种常见的环境内分泌干扰物从自来水中去除。双酚A是塑料产品的副产物,可对健康危害,有学者认为越来越多的糖尿病和癌症发生与这种物质存在密切联系。

南科罗拉多大学环境化学家Susan Ridson认为,这一发现非常让人激动,这种技术看起来非常有前途,看不到什么缺点。

这种新材料是康奈尔大学有机化学家William Dichtel等制造的,这是一种β环糊精聚合物,这种物质是由重复的长链分子组成,基本分子单元由环糊精和一个六元环四氟对苯二腈两个主要部分组成。环糊精糖分子排列在一个环,糖的羟基环的垂直于这个平面。这种基团的吸附能力非常强大,例如织物芳香剂Febreeze能被牢固吸附。将两种成分加入碳酸钾和四氢呋喃通过加热处理能链接一个以上述两种物质为骨架的多孔三维晶格结构。

科学家对这种材料进行检测发现,能完胜目前使用的其他过滤材料,将含有微量双酚A的水样用这种材料处理,与其他三种现成的活性炭和两种无空隙环糊精聚合物进行比较,新有孔材料在10秒的吸收率可达到95%,其他材料需要30分钟才能达到最大吸收量,而这些材料在10秒的最大吸附率只有53%,研究小组将该研究发表在《自然》杂志(这个文章就是典型的用巨大应用前景,不注重原理的内容)。研究结果证明用这种β环糊精获得的最快双酚A清除效率,对其他多种小分子有机物也能进行快速吸附。

Dichtel说,这种材料在水处理方面的应用潜力巨大,自己都对这种材料的优秀表现表示吃惊。

和其他碳基水过滤材料一样,这种新的β环糊精聚合物也具有厚度小,表面积大的优点。每克这种材料有250平方米的面积,意味着2克材料的面积就可以达到一个篮球场的大小。当然面积不是最重要的,而且其他的一些纳米材料比表面积比这种材料更高,但是重要的是这种材料的自身特性,就是吸附污染物的高效性。

与活性炭相比,这种材料的清洗更容易,例如活性炭的清洗需要加热处理,但是这种材料只需要在室温条件下简单用甲醇冲洗就可以再生。另外也非常重要,β环糊精聚合物自身非常便宜,这也是非常关键的。

如果对生产工艺进行改进,这种材料的生产成本可以降低到每公斤5-25美元左右,大约是活性炭过滤材料价格的一半。这种材料将有望对当前越来越严重的水污染问题带来革命性影响。

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