美国研究人员已经发现利用氧化石墨烯层将污水变成饮用水的新方法,这可能在全球范围内改变净水的游戏规则。
该技术牵头人、美国华盛顿大学圣路易斯分校工程与应用科学学院副教授斯里坎斯·辛格马内尼(Srikanth Singamaneni)表示,这一技术在日照充足的地方(如印度)十分有用,借助他们研发的材料,可将污水蒸发转化为干净的饮用水。
根据在线发表在《先进材料》的文章,这种新方法结合了细菌生产的纤维素和氧化石墨烯两类材料,组合成双层的“生物泡沫”。
氧化石墨烯一直被誉为“真正的神奇材料”,掺入纳米纤维素层后,这种实验室创造的新材料同样具有质量轻、强度大、弹性强、导电导热性好等特点。
“过程是非常简单的,” 辛格马内尼表示,“突出之处是细菌产生的纳米纤维素纤维网具有将液态水高效蒸发的能力,同时可最大限度地减少所需热量,蒸发过程几乎是在瞬间完成。”
“材料设计的新颖之处在于”,辛格马内尼称,纤维素层提供结构框架,填充的氧化石墨烯可吸收光能。光辐射到双层结构表面,被氧化石墨烯转化为热,由于纳米纤维素层的隔热作用,热量主要集中在水表面而极少传递到水体中,从而在最大程度上减少了热量的耗散,提高了转化效率。
双层生物泡沫中底层的纤维素层相当于海绵,将水吸取提升到顶层的氧化石墨烯层,水分在这里发生蒸发,然后就能够很容易地在双层结构上表面收集淡水。
双层生物泡沫的制造过程也具有创新之处。与牡蛎生成珍珠的过程类似,特殊的细菌生成纳米纤维素层,然后将氧化石墨烯嵌入到纤维素纤维层中。
在培养产生纤维素的细菌时,我们将氧化石墨烯加入到培养基中“,论文第一作者、辛格马内尼实验室的研究生江其胜(音)透露,”在适当时刻,我们停止培养过程,去除培养基,将氧化石墨烯加入到新的培养基中,产生纤维素层,该层纤维素具有很高的机械强度“。这种生物泡沫也具有轻质廉价的特点,从而适合成为净化污水、淡化盐水的工具。”
纤维素可以大规模生产,“ 辛格马内尼说,”氧化石墨烯也十分便宜,人们可以产生成吨的淡水。双层结构的两种原材料都很便宜,可大规模生产,因此其应用价值难以估量。“这种合成方法还有助于研究其他新型纳米结构材料,例如研制杀菌效果和去除污染物更好的生物泡沫,使生产的水更适合饮用。课题组还将继续探索这些新颖结构的更多应用。
这种高效净水材料不仅将给解决贫困地区人民的饮水问题带来曙光,未来在保障战场后勤供应、保障前沿部署人员的饮水安全也将产生重要影响。
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