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一項去除有機污染物的新方法


近日,來自麻省理工學院和德國達姆施塔特工業大學的研究人員,在其發表于《能源與環境科學》(Energy and Environmental Science)的論文中向公眾介紹了他們的最新成果,一項有關廢水處理的突破性技術,對于有機廢水治理領域,其意義有可能等同計算機從“電子管時代”邁入“晶體管時代”。該技術采用一種新穎的電化學方法,可以有效處理不同濃度范圍(低至ppm級)的污水,甚至能選擇性地去除有機污染物,如農藥、化學廢物和藥物等有害物質,將其降至ppm范圍。而且該工藝耗能低,偏遠地區甚至可以利用太陽能來驅動,解決窘迫的飲用水困境。

低濃度廢水的現有處理技術有膜過濾法、電滲析法和電容去離子法等,基本上都屬于能源和資源密集型,處理過程需消耗大量的能源,添加大量的化學處理劑。膜過濾法成本較高,且處理低濃度廢水的能力有限,而電滲析和電容法由于使用了高壓電,容易發生副反應,產生其他物質。這些方法還有一個共同缺點就是伴生更難對付的高鹽廢水。新技術的工作原理在該電化學系統中,正、負電極經特殊的化學處理(或稱為“功能化”),表面被涂覆一層感應電流材料,水在正極和負極表面之間流動。電極表面在反應過程帶上正電或負電荷。 

澳门新葡8455最新网站 這些帶電活性基團可以與特定的污染物分子強烈結合。研究人員用布洛芬和各種農藥進行了試驗,發現即使在ppm濃度下,此系統也能有效地去除這些分子。處理優勢:常規電化學分離方法有一個關鍵的制約因素,那就是表面競爭反應導致的酸度波動和性能下降。此前的研究通常集中在導電電極或僅對一個電極板進行功能化,但是在高電壓下通常會產生其他污染化合物。

澳门新葡8455最新网站 通過非對稱形式使用功能化正負電極,副反應幾乎被完全消除。此外,不對稱性允許同時選擇性地除去正和負的有毒離子,正如該團隊在實驗中用除草劑百草枯和奎寧氯化物所證明的那樣。研究成員Hatton介紹說,與膜系統的高壓以及其他高電壓電化學系統不同,新系統在較低的電壓和壓力下工作。他還指出,傳統的離子交換系統釋放捕獲的化合物、吸附劑的再生都需要添加化學物質,而新系統只需輕按開關,切換電極的極性,就能實現相同的處理效果。該系統可用于環境修復,有毒有機化學清除或化工廠、制藥廠等回收高附加值產品,它們都是依據相同的原理:從復雜的多離子系統中抽提少數離子。該系統盡管具有很高的選擇性,但在實踐中,可能會設計成多段處理,順序處理各種化合物,這要取決于具體的應用。另一名研究成員Su說:“對于欠發達地區,面臨著農藥、染料以及其他化學品生產造成的飲水問題,這種高效、使用電的凈化系統可以在偏遠鄉村用太陽能來驅動。”因在水處理可持續發展技術上的貢獻,該研究團隊已斬獲多項榮譽,包括J-WAFS Solutions獎金和馬薩諸塞州清潔能源催化劑競賽獎金,并且他們還是去年麻省理工學院最佳水利創新獎的獲得者。研究人員已對該技術申請了新工藝的專利。此刻,他們正努力在實驗室放大其原型設備,并進一步提高化學穩定性。以色列技術研究所機械工程助理教授Matthew Suss評價說,這項技術意義非常,它將電化學系統的功能從非選擇性擴展到了高度選擇性,并利用這一特點去除關鍵污染物。“與許多新興的水凈化技術一樣,它仍然須在現實條件下進行長期測試,以檢查其耐久性。然而,鑒于系統原型已經完成了超500次的循環,該技術走向實際應用指日可待。”

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