UC伯克利开发出超级海水淡化膜:同步分离盐和重金属,且可重复利用

海水淡化——即去除盐分——只是从海洋或废水中生产饮用水、农业用水或工业用水过程中的一个步骤(www.91bu.cn)。无论是在去除盐之前还是之后,水通常都要经过处理去除对植物有毒的硼,以及对人类有毒的重金属,如砷和汞。通常,这个过程会留下难以处理的有毒盐水。

加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)的化学家发现了一种简化去除有毒金属的方法。在海水淡化过程中能产生干净除盐的水,同时可能捕捉有价值的金属,如黄金。

这项新技术可以很容易地应用于目前基于膜的电渗析脱盐过程中,可以去除几乎100%的这些有毒金属,生产出纯净的盐水和纯净水,并隔离有价值的金属供以后使用或处理。

相关研究论文于4月16日发表在《科学》(Science)上,题为“Ion-capture electrodialysis using multifunctional adsorptive membranes”。

加州大学伯克利分校的研究生Adam Uliana说:“海水淡化或水处理厂通常需要一系列高成本的预处理和后处理系统,所有的水都必须一个接一个地经过这些系统。”“但如今,我们能实现在一个过程中完成几个步骤,这是一个更有效的过程。基本上,你可以在现有的设置中实现它。”

加州大学伯克利分校的化学家们合成了一种柔性聚合物膜,就像目前膜分离过程中使用的那样,但是嵌入的纳米粒子可以调节吸收特定的金属离子——例如金或铀离子。如果要回收金属,这种膜可以包含单一类型的调谐纳米颗粒,如果需要在一个步骤中除去多种污染物,则可以包含几种不同类型的调谐纳米颗粒,每一种都可以吸收不同的金属或离子化合物。

含有纳米粒子的聚合物膜在水中和高温下非常稳定,而许多其他类型的吸收体,包括大多数金属有机框架(MOFs),当嵌入膜中时就不是这样了。并且,这种膜可以实现重复使用,又凸显了一大优势。

研究人员希望能够对纳米颗粒进行调整,以去除其他类型的有毒化学物质,包括一种常见的地下水污染物:多孔芳香骨架材料(PAFs)纳米粒子,即多氟烷基物质,这种物质存在于塑料中。他们称之为“离子捕获电渗析”(ion-capture electrodialysis)的这项新工艺,也有可能去除核电站废水中的放射性同位素。

Uliana和加州大学伯克利分校的化学教授Jeffrey Long共同完成了这项研究,证明当聚合物膜被纳入基于膜的电渗析系统(其中一个电压驱动离子通过膜来去除盐和金属)和扩散透析(主要用于化学处理)是非常有效的。

当施加电压驱动水中的离子通过薄膜时,不仅钠离子与氯离子能够与水分离,同时嵌在膜上的纳米粒子还能够捕获金属及其他有害物质。用不同的基团修饰PAFs分子上的苯环,就能特异性地捕获不同的物质,十分灵活。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/uoc--psr041321.php

论文链接:https://science.sciencemag.org/content/372/6539/296

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