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美国西北大学科学家开发新海绵材料,可反复去除和再利用受污染水域中的磷酸盐

2021/6/7 8:55:23 来源:中国海水淡化与水再利用学会 作者: 阅读数:21次

据外媒报道,地壳中的磷酸盐是水生植物和动物生长的关键成分,但人类活动将太多的磷酸盐冲入我们的水道。其后果之一是一些湖泊和河流表面的藻类大量繁殖,使其他海洋生物失去了生存所需的氧气。一种新型海绵材料可以帮助科学家解决这个问题,它不仅能够从水源中捕获磷酸盐,还能将其收集起来重新使用。

磷酸盐通常用于农业的肥料,以及城市地区的草坪和花园,也存在于宠物和野生动物的粪便中。随着土壤中磷含量的增加,许多磷被冲走并进入小溪、河流和其他水道,导致破坏性的藻类大量繁殖。

西北大学的科学家们试图用一种新的海绵来解决这个问题,他们称之为磷酸盐消除和恢复轻量级(PEARL)膜。它是一种多孔的柔性材料,表面涂有与磷酸盐离子结合的纳米结构,因此能够有选择地从污染的水中封存99%的磷酸盐离子。通过对材料中的pH值进行微调,可以使其释放出化合物,使海绵可以多次重复使用。

这些能力在实验室对从芝加哥周围收集的真实世界水样的测试中得到了证明,海绵在从毫克到公斤的范围内被证明是有效的。研究人员承认,在现实世界中应用这项技术仍有一段路要走,它可以提供一种比目前的方法更有效的方法来清理磷酸盐污染,这些方法成本高、复杂并产生废物。

研究报告作者Vinayak Dravid说:“人们总是可以在实验室环境中做某些事情。但在扩大规模时,有一个维恩图,你需要能够扩大技术规模,你希望它是有效的,你希望它是负担得起的。以前在这三者的交叉点上没有任何东西,但我们的海绵似乎是一个符合所有这些标准的平台。”

因为这种海绵材料也能够释放捕获的磷酸盐,而且世界上很大一部分作物的生长都依赖于它,所以科学家们也认为它是未来解决资源短缺的一个潜在方案。论文的第一作者Stephanie Ribet说:“我们过去更多的是重复使用磷酸盐。现在我们只是把它从地下拉出来,使用一次,用完后就冲进水源。因此,这是一个污染问题,一个可持续性问题和一个循环经济问题。”

目前去除磷酸盐的方法是基于复杂、冗长、多步骤的方法。它们中的大多数在去除过程中也不会回收磷酸盐,最终会产生大量的物理废物。PEARL 膜提供了一种简单的一步法来去除磷酸盐,同时还能有效地回收磷酸盐。它也是可重复使用的,不会产生物理废物。

PEARL膜实际上是建立在同一团队开发的前一个版本的基础上,该版本能够选择性地从污染的水中去除和回收石油。

通过改变涂层中的纳米材料,该团队希望进一步调整海绵以清理重金属,并表示对设计的更多调整可以使其同时处理多种污染物--因此该团队将该技术比喻为用于污染修复的潜在“瑞士军刀”。

 


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