科學家研製鈦納米顆粒纖維墊 可高效節能地吸附清除水中污染物

據外媒報道，萊斯大學的研究人員們發明了一種新的「纖維墊」，它的神奇之處是可以吸附並破壞水中的污染物。這種「凈化器」由嵌入聚合物纖維中的二氧化鈦納米粒子組成。測試中，研究團隊證明了這種材料確實可以吸附污染物。不過用的不是水，而是將二氧化鈦納米顆粒暴露在紫外線下，才能消滅污染物。與其它系統相比，這種設計更加快速、安全、且節能。

實際上，二氧化鈦是一種相當高產的凈化材料。

當暴露在紫外光下的時候，它可以成為光催化劑，釋放出活性氧（ROS）來分解污染物。多年來，這種能力已經被應用於微流體過濾器、建築吸煙面板、以及讓我們可以在陽光下晾晒衣物的織物塗層。

本例中，二氧化鈦納米顆粒被嵌入高滲透聚乙烯纖維板中，以清除和殺死干擾物。鑒於纖維本身的疏水性（防水），意味著它們不會吸收水分、但是會吸走污染物。

在這些墊子吸附了污染物之後，再用紫外光對其進行照射，即可觸發破壞污染物的光催化反應。二氧化鈦早已在水處理中使用，但通常需要將大量的原料添加到廢水中（形成泥漿）。

在嵌入的二氧化鈦納米顆粒開始破壞污染物之前，纖維墊可以先行吸附。

完成光催化這個步驟之後，處理過的水需要再從泥漿中濾出，結果既困難又低效。研究作者之一的 Pedro Alvarez 表示，當前的光催化處理在效率上有兩大限制：

首先，產生的氧化劑比目標污染物要豐富得多，所以無法破壞污染物。其次，需要耗費大量的時間和金錢來保持和分離漿狀的光催化劑，防止其泄露到處理過後的水中。

在某些情況下，過濾泥漿的能源成本，甚至遠超紫外光所需。有鑒於此，研究團隊通過固定催化劑來化解，讓它易於重用和保留 ——「我們不允許它從墊子里濾出並影響到水」。

二氧化鈦納米顆粒進入了紡織物的氣孔

除了速度更快，研究人員還稱新技術可以節省更過的能源，尤其是應付更髒的水的時候。從蒸餾水到水處理工廠的廢水，纖維墊只需增加兩倍的能量。（相比之下，漿液需要 11 倍）

如果污染太厚、紫外光難以抵達納米顆粒所在的位置，新技術也支持兩步處理。Alvarez 表示，如果水渾濁，那麼光的滲透會是一種挑戰，這就很有必要了：

你可以把被墊子吸附的污染物清除掉，接著把它轉移到另一個有更乾淨水的反應堆里，然後將污染物破壞掉、把墊子清理乾淨、再拿回來繼續使用。

有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《環境科學與技術》（Environmental Science and Technology）期刊上，原標題為《Porous electrospun fibers embedding TiO2 for adsorption and photocatalytic degradation of water pollutants》。

[編譯自：New Atlas, 來源：Rice University]

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