哈利法大學(xué)的一組研究人員使用氧化石墨烯和碳納米管開發(fā)了一種可持續(xù)的綠色膜，可以安全有效地去除廢水中多余的營養(yǎng)物質(zhì)。
Shadi W. Hasan 博士，哈利法大學(xué)化學(xué)工程系主任Fawzi Banat 教授，博士后研究員 Hanaa Hegab 博士，研究科學(xué)家 Vijay Wadi、研究生 Hiyam Khalil 和 Lobna Nassar 開發(fā)了一種膜，該膜具有在實(shí)際廢水處理應(yīng)用中實(shí)際應(yīng)用的潛力。
他們在《npj Clean Water》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
高水平的養(yǎng)分聽起來像是對生態(tài)系統(tǒng)有益，但當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)過多的養(yǎng)分輸入時(shí)，也就是所謂的富營養(yǎng)化、藻類大量繁殖和缺氧水域會殺死魚類和海草，從而在生態(tài)系統(tǒng)中引發(fā)連鎖反應(yīng)。分解植物物質(zhì)產(chǎn)生的大量二氧化碳使水酸化，減緩魚類和貝類的生長。富營養(yǎng)化也是一種威脅——商業(yè)和休閑漁業(yè)捕撈量的減少意味著收成減少和海產(chǎn)品價(jià)格上漲。
“排入地表水、河流和水庫的營養(yǎng)物質(zhì)（包括氮和磷）大量積累會加速富營養(yǎng)化并對水生生態(tài)系統(tǒng)造成巨大破壞，”哈桑博士說。“我們需要控制營養(yǎng)水平并開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)來處理水并去除多余的營養(yǎng)。”
幾種處理技術(shù)已經(jīng)存在。可以通過氯化或硝化等方法以化學(xué)方式去除氮，也可以使用生物方法。但是，每個(gè)都有其局限性。化學(xué)方法會引入不需要的副產(chǎn)品，而生物處理需要更長的時(shí)間并且在氮的使用方面效率低下。此外，沒有可用的方法提供完全的水凈化。
然而，新型膜技術(shù)可能是解決方案。KU 研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種復(fù)合聚乳酸 (PLA) 和納米材料膜，用于去除廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)。
膜通過吸附起作用。研究團(tuán)隊(duì)使用帶正電荷的功能化多壁碳納米管/氧化石墨烯雜化納米材料，同時(shí)去除廢水中的氮（如氨）和磷，同時(shí)提高透水性。營養(yǎng)物質(zhì)通過收集在膜表面的納米管孔中而被過濾掉。
這種膜的透水性是一個(gè)問題。隨著更多的營養(yǎng)物質(zhì)被吸收和收集，通過的水量減少。然而，研究小組的膜即使在過濾營養(yǎng)物時(shí)也能提供高水通量。碳納米管顯著提高了膜的抗拉強(qiáng)度，而氧化石墨烯則提高了熱穩(wěn)定性、抗拉強(qiáng)度，并提供了抗菌性能。這支持水通量并為最終產(chǎn)品提供親水性。
雖然氧化石墨烯和碳納米管在凈水方面的作用在文獻(xiàn)中有詳細(xì)記載，但將兩者結(jié)合為納米雜化物的研究還很有限。
“在對文獻(xiàn)進(jìn)行全面審查后，我們的研究小組率先報(bào)告了這種復(fù)合 PLA 膜的制造，用于去除合成廢水和實(shí)際廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)，”Hasan 博士說。
含有高濃度氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)的廢水是不可避免的，因此可持續(xù)和綠色的過濾方法至關(guān)重要。
“我們的結(jié)果證實(shí)了這種膜在實(shí)際廢水處理應(yīng)用中的實(shí)際應(yīng)用潛力，并且可以為高效和可持續(xù)的營養(yǎng)物去除方法打開大門，”哈桑博士說。下一步是擴(kuò)大膜的商業(yè)化規(guī)模。
摘自《The Graphene Council》網(wǎng)站
