目前在大規模水處理方面,比較難的是痕量殘留物的清除技術,這已經成為制約供水領域的瓶頸難題,最新發表在《自然》雜志的論文有望給這一難題提供一種方法。讓我們先了解一下大概的情況。
當前處理痕量殘留的方法是活性炭技術,但是因為存在價格比較高,再生比較困難的問題,不適合大規模采用。最新的材料可以更經濟,使用也更方便容易,這將從根本上解決問題。如果這種技術能成功,將可以把自來水中濃度非常小的小分子有機物,如雙酚A這種常見的環境內分泌干擾物從自來水中去除。雙酚A是塑料產品的副產物,可對健康危害,有學者認為越來越多的糖尿病和癌癥發生與這種物質存在密切聯系。
南科羅拉多大學環境化學家Susan Ridson認為,這一發現非常讓人激動,這種技術看起來非常有前途,看不到什么缺點。
這種新材料是康奈爾大學有機化學家William Dichtel等制造的,這是一種β環糊精聚合物,這種物質是由重復的長鏈分子組成,基本分子單元由環糊精和一個六元環四氟對苯二腈兩個主要部分組成。環糊精糖分子排列在一個環,糖的羥基環的垂直于這個平面。這種基團的吸附能力非常強大,例如織物芳香劑Febreeze能被牢固吸附。將兩種成分加入碳酸鉀和四氫呋喃通過加熱處理能鏈接一個以上述兩種物質為骨架的多孔三維晶格結構。
科學家對這種材料進行檢測發現,能完勝目前使用的其他過濾材料,將含有微量雙酚A的水樣用這種材料處理,與其他三種現成的活性炭和兩種無空隙環糊精聚合物進行比較,新有孔材料在10秒的吸收率可達到95%,其他材料需要30分鐘才能達到最大吸收量,而這些材料在10秒的最大吸附率只有53%,研究小組將該研究發表在《自然》雜志。研究結果證明用這種β環糊精獲得的最快雙酚A清除效率,對其他多種小分子有機物也能進行快速吸附。
Dichtel說,這種材料在水處理方面的應用潛力巨大,自己都對這種材料的優秀表現表示吃驚。
和其他碳基水過濾材料一樣,這種新的β環糊精聚合物也具有厚度小,表面積大的優點。每克這種材料有250平方米的面積,意味著2克材料的面積就可以達到一個籃球場的大小。當然面積不是最重要的,而且其他的一些納米材料比表面積比這種材料更高,但是重要的是這種材料的自身特性,就是吸附污染物的高效性。
與活性炭相比,這種材料的清洗更容易,例如活性炭的清洗需要加熱處理,但是這種材料只需要在室溫條件下簡單用甲醇沖洗就可以再生。另外也非常重要,β環糊精聚合物自身非常便宜,這也是非常關鍵的。
如果對生產工藝進行改進,這種材料的生產成本可以降低到每公斤5-25美元左右,大約是活性炭過濾材料價格的一半。這種材料將有望對當前越來越嚴重的水污染問題帶來革命性影響。