美国人的纳米净水工厂更加节水净水

http://www.intl-sensor.com 时间:2010/9/13 13:40:10 点击1721次

露营的时候，我们可以用塑料膜收集露水和蒸馏水，不太紧急的话，随身携带几小块明矾也能将水净化到可以饮用的程度。但是大规模的供水设施则无法使用这种方式，而这正是目前大多数资源匮乏地区和发展中国家所面临的问题—在今天的世界上，有接近十亿人无法获得足够清洁的饮水。

研究者们正在尝试将纳米技术应用到水处理当中，最近出现的一些基于纳米纤维的吸附、过滤和催化杀菌材料，也许可以让更多的人远离因饮水而导致的疾病和死亡。

由于其微小的体积，相比而言，纳米纤维和其他纳米材料的表面积大得惊人。就像活性炭在冰箱除味剂中起到的作用一样，这样巨大的表面积将能够吸附水中的有害物质。吸附剂的吸附效率和它粒径大小有关，而纳米粒子的粒径只有数十到数百纳米，这让它能够获得更好的吸附效果。使用纳米纤维制成的过滤网能够提供更好的过滤效果，而纳米颗粒所具有的和宏观物质不同的物理化学特性，又让它能够提供传统滤网不能提供的功能。

早在2006年，加州大学洛杉矶分校的研究者开发出使用高分子半透膜和纳米颗粒进行海水淡化的方法，通过使用亲水的纳米颗粒促进水分子快速通过，同时将其他不需要的废物推离薄膜的表面。这种技术制造出了不再需要频繁更换的滤网，同时提升了过滤效率。现在已经有了市场化的产品，使用这种滤网的海水净化装置将减少一半的能耗，从而让淡化水的总成本下降1/4。

在淡水的净化方面，纳米材料的优势也开始逐渐显现出来。例如，纳米二氧化钛粉末比普通的二氧化钛粉末拥有更好的催化性能，能够在光照下以更高的效率分解水中的有机物。这种方法已经被用于净水处理当中，但是传统的方法需要高强度的紫外线照射，这使得它在阳光下的效率并不尽如人意。今年 2月份，美国伊利诺伊州立大学的科学家发现，通过添加一些金属钯的纳米颗粒，能够让二氧化钛纳米滤网在日光下起到不错的杀菌作用。当阳光照射到这种滤网上的时候，光子的能量将和催化剂一起将水分子分成氢气和游离的氧原子，而作为一种强大的氧化剂，氧原子能够迅速消灭水中的病菌。实验表明，通过这种方式，人们可以在一个小时之内，将一杯含有大量大肠杆菌的污水净化到可以饮用的程度。

对于无机物的污染也是类似。在东南亚地区，有数千万人正在受到含砷的饮用水的威胁，皮肤癌和皮肤损伤是最常见的后果。美国赖斯大学的研究者使用氧化铁纳米颗粒吸附水中的砷离子，效果比传统的吸附剂高出数倍。这种被叫做“纳米锈”的微小颗粒具有磁性，可以方便地通过磁铁从水中去除；而清洁一升水，只需要几百毫克这种纳米颗粒就够了。

甚至在对水质检测方面，人们也找到了基于纳米材料的新方法。密歇根大学的研究者用滤纸浸透含有碳纳米管和常见毒素抗体的溶液，将之烘干，并且重复这个过程，直到滤纸能够因为碳纳米管的作用而导电为止。将这种滤纸浸入受污染的水中，毒素将会和抗体结合，将碳纳米管分离，从而影响其导电能力。通过测量滤纸的导电能力，人们就可以知道水中的污染物情况。

现在，南非和其他一些国家的村落已经开始建设基于纳米材料的净水设施。这的确可以解决迫在眉睫的淡水缺乏问题，但是它的安全性却让人们疑虑重重。其中最重要的问题在于，我们目前还不完全知道当这些纳米材料进入生态环境中时，将会带来什么样的后果。纳米颗粒几乎无法被过滤，一阵小得甚至无法感觉到的微风，就足以将这些直径只有数千万到数亿分之一米的颗粒带入空中。

我们目前已经有了一些证据表明纳米颗粒将会对生态系统带来危害，例如当纳米材料进入下水道淤泥，而这些淤泥被用作肥料时，将会影响植物生长；而2009年北京几位女工在通风不畅的印刷厂房中工作后发病的案例，让人们对吸入纳米颗粒可能导致的危害展开了新一轮的争论，直到目前还没有确定的结论。当纳米净水装置进入家庭或者村落级别的时候，纳米材料的有效回收将会成为新的严重问题。

除了环境问题之外，成本问题也是不得不考虑的因素。在落后地区和发展中国家，只有成本够低的技术才会得到应用，而纳米材料大都价格不菲。在今天，也许只有大型的水处理厂能够承担这样的成本，却同时使得分散居住的居民依然无法获得这些新技术带来的好处。

最近，南非的斯泰伦博斯大学开发出一种“茶袋”，也许能够成为一个成功的折衷方案。这种外观看起来像是普通茶包的小袋子装有活性炭颗粒和纳米纤维杀菌剂，能在几分钟之内让一杯被污染的水变成合格的饮用水。这种方式适合分散的居民区使用，而它的另一个特征更值得人们关注：这种纳米纤维将会在几个星期内逐渐降解，最终安全无害地融入生态环境当中。

纳米净水原理

纳米净水器技术与传统的水处理方法相比，处理占地小，人力和能源消耗少，这使它有可能成为帮助发展中国家乃至全球缓解已经来临的水危机的一个重要途径。

当水流过纳米滤料时，水中的余氯、有害重金属离子等污染物被吸附到滤料的表面和孔道中。

在纳米铜锌金属簇的作用下，这些有害重金属离子被还原成不溶于水的金属，有机污染物等在这些微原电池上发生反应，被氧化降解为无害物质，达到净水的目的。反应过程中产生的电位变化，有很好的抑菌作用。

上一页:数控时代仍需要“工匠”精神
下一页:仪器仪表在国家质量竞争指数中位居第三