研究人員描述了能夠解決全球清潔水可及性的最先進的研究創新

研究人員描述了能夠解決全球清潔水可及性的最先進的研究創新

一篇新的綜合文章集中在理解和控制材料和水之間的界面。

為了應對日益嚴重的水資源短缺，阿貢國家實驗室的首席研究員賽斯·達林描述了可以解決全球清潔水可及性的最先進的研究創新。他的綜合論文側重於理解和控制材料與水之間的界面。

界面決定了水質感測器、過濾膜甚至管道等技術的性能。達林自己的實驗室正在研究吸附劑，以推進水處理。他本周在《應用物理學》雜誌上發表了他的研究成果。

吸附劑

吸附是清洗水的最佳機制之一。在這個過程中，污染物附著在多孔材料的表面，以最大限度地提高表面與體積的比例。

高孔活性炭是最廣泛使用的，因為它既豐富又便宜。沸石可以在其三維晶體籠結構中捕獲整個分子，使它們能夠選擇性地結合來自水基溶液的特定化合物。聚合物吸附劑在其設計上幾乎具有無限的靈活性。

「我們將繼續依靠這些已證實的技術，」達林說。「但也迫切需要更有效、更節能的吸附劑。」

可重用性

可重用性是吸附劑材料的一個關鍵指標，它可以顯著降低成本並提高處理過程的可持續性。聚合物泡沫海綿是這種方法的理想選擇。

達林領導的團隊發明了Oleo海綿，它可以在整個水柱中吸收90倍於自身重量的油。為了創造Oleo海綿，研究人員採用了一種叫做序列滲透合成(SIS)的技術。通過SIS，他們在泡沫纖維中培養金屬氧化物，將座椅墊中常見的聚氨酯泡沫轉化為油吸附劑。

這種氧化物是親油(親油性)分子附著的「膠水」。從海綿中提取可重複使用的油脂，可重複使用。

針對個別污染物

研究人員還在設計具有更高特異性的下一代吸附劑——針對單個污染物具有更強的結合力。理想的情況是，研究人員可以調整界面特性，吸附特定分子，以捕獲營養物質和重金屬等具有挑戰性的水污染物。

研究人員正在研究如何利用金屬-有機框架(MOFs)，一種已經用於氣體吸附的材料，來達到這個目的。與沸石相關，MOFs由金屬離子或有機配體結合的簇組成。MOFs具有高表面積、可控結構和可調孔隙。

「我們面臨著一場水危機，其基礎是人口增加、城市化和氣候破壞。我們的水是不可持續使用的，」達林說。「解決這一問題的部分途徑是通過政策解決方案，但我們也需要新的、更節能、成本更低的技術。」

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