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莱斯大学发明了一种 “纤维垫”,可高效节能地吸附清除水中污染物

发布时间:2018-04-03 访问次数:224次 来源:cnBeta 分享:

莱斯大学的研究人员们发明了一种新的 “纤维垫”,它的神奇之处是可以吸附并破坏水中的污染物。这种 “净化器” 由嵌入聚合物纤维中的二氧化钛纳米粒子组成。测试中,研究团队证明了这种材料确实可以吸附污染物。不过用的不是水,而是将二氧化钛纳米颗粒暴露在紫外线下,才能消灭污染物。与其它系统相比,这种设计更加快速、安全、且节能。

实际上,二氧化钛是一种相当高产的净化材料。

  当暴露在紫外光下的时候,它可以成为光催化剂,释放出活性氧(ROS)来分解污染物。多年来,这种能力已经被应用于微流体过滤器、建筑吸烟面板、以及让我们可以在阳光下晾晒衣物的织物涂层。

  本例中,二氧化钛纳米颗粒被嵌入高渗透聚乙烯纤维板中,以清除和杀死干扰物。鉴于纤维本身的疏水性(防水),意味着它们不会吸收水分、但是会吸走污染物。

  在这些垫子吸附了污染物之后,再用紫外光对其进行照射,即可触发破坏污染物的光催化反应。二氧化钛早已在水处理中使用,但通常需要将大量的原料添加到废水中(形成泥浆)。

在嵌入的二氧化钛纳米颗粒开始破坏污染物之前,纤维垫可以先行吸附。

  完成光催化这个步骤之后,处理过的水需要再从泥浆中滤出,结果既困难又低效。研究作者之一的 Pedro Alvarez 表示,当前的光催化处理在效率上有两大限制:

  • 首先,产生的氧化剂比目标污染物要丰富得多,所以无法破坏污染物。

  • 其次,需要耗费大量的时间和金钱来保持和分离浆状的光催化剂,防止其泄露到处理过后的水中。

  在某些情况下,过滤泥浆的能源成本,甚至远超紫外光所需。有鉴于此,研究团队通过固定催化剂来化解,让它易于重用和保留 ——“我们不允许它从垫子里滤出并影响到水”。

二氧化钛纳米颗粒进入了纺织物的气孔

  除了速度更快,研究人员还称新技术可以节省更过的能源,尤其是应付更脏的水的时候。从蒸馏水到水处理工厂的废水,纤维垫只需增加两倍的能量。(相比之下,浆液需要 11 倍)

  如果污染太厚、紫外光难以抵达纳米颗粒所在的位置,新技术也支持两步处理。Alvarez 表示,如果水浑浊,那么光的渗透会是一种挑战,这就很有必要了:

  你可以把被垫子吸附的污染物清除掉,接着把它转移到另一个有干净水的反应堆里,然后将污染物破坏掉、把垫子清理干净、再拿回来继续使用。

  有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《环境科学与技术》(Environmental Science and Technology)期刊上,原标题为《Porous electrospun fibers embedding TiO2 for adsorption and photocatalytic degradation of water pollutants》。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b06508