科学家开发一种新材料可选择性的清除废水特定重金属污染物

处理废水以清除重金属等污染物是一项复杂的任务,而且往往需要采用慢工出细活的方法。能源部劳伦斯伯克利国家实验室的科学家们现在已经生产出了一种材料,他们说这种材料可以选择性地捕获特定的重金属,并且以无与伦比的速度和精确到原子水平的方式进行捕获。这项研究发表在“自然通讯”杂志上。

“今天的水处理系统是’大宗分离技术’–它们拉出所有溶质,不管它们的危害或价值如何,”新研究的共同作者Peter Fiske说。”高选择性、耐用的材料能够捕获特定的微量成分,而不会与其他溶质一起加载,或随着时间的推移而分解,这对降低水处理的成本和能源至关重要。它们还可能使我们能够在废水中’挖掘’出有价值的金属或其他微量成分。”

研究人员已经开发出了其中一种被他们称为ZIOS(咪唑锌水杨醛肟锌)的高选择性、耐久性材料。这种晶体晶格结构材料类似于海绵,其灵感来自于细菌细胞选择某些金属的能力,以帮助调节其新陈代谢。

ZIOS 的特点是具有与水分子大小差不多的微小通道,当材料浸入水中时,这些通道会扩大。这些通道的扩大使水分子能够自由地流经该结构,并在其中发生化学反应,使材料与液体中的铜离子结合。

科学家开发一种新材料可选择性的清除废水特定重金属污染物
ZIOS网络图(左)和硅晶片上的ZIOS铜样品的扫描电子显微镜图像

利用X射线实验,研究小组发现,该材料在与pH值类似于采矿废水的水中的铜离子结合时,具有高度的选择性,而且效率空前。

“ZIOS具有很高的吸附能力,而且是目前已知材料中最快的铜吸附动力学–集所有优点于一身。”资深作者Jeff Urban说。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

研究人员表示,ZIOS可以以当前最先进的解决方案的30至50倍的速度选择性地捕获铜离子,并且它在水中保持高度稳定的时间长达52天。一旦将其从水中取出,它从膨胀的形态变成原来的大小只需一纳秒,或十亿分之一秒。

该团队将ZIOS描述为一种废水处理的蓝图,因为它是第一个能够以原子级精度去除特定重金属离子的技术。研究人员希望对该技术进行调整,专门针对其他污染物。

“在水科学和水工业中,已经设计了许多系列的材料用于净化废水,但很少有设计用于去除酸性矿井排水中的重金属,”Urban说。”我们希望ZIOS能够帮助改变这种状况。”

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