2021年6月1
磷酸盐污染河流、湖泊和其他水道已达到危险水平,造成藻类大量繁殖,饿死的鱼和水生植物的氧气。与此同时,全球农民就减少储备的磷酸盐肥料,养活世界上一半的食物供应。
灵感来自芝加哥的许多附近的水体中,一个由西北大学团队已经开发出一种反复清除污染水域的磷酸和重用。研究人员把发展比作“瑞士军刀”污染修复时调整自己的膜吸收和释放其他污染物。
这项研究结果将发表在本周的5月31日美国国家科学院院刊》上亚博老虎机网登录。
磷的支撑世界粮食系统和地球上所有生命。每个地球上的生物都需要:磷在细胞膜,脚手架的DNA和骨架。尽管等关键要素可以发现大气中氧和氮,磷没有模拟。可用的磷的一小部分来自地壳,将数千甚至数百万年的天气。和我们的矿山正在耗尽。
2021年的一篇文章在大西洋的朱莉娅·罗森,引用了艾萨克·阿西莫夫1939年的一篇,美国作家和化学家称为磷“生活的瓶颈。”
鉴于这种不可再生自然资源的短缺,这是可悲的讽刺的是,我们的许多正遭受这一过程称为富营养化湖泊,这发生在太多的养分输入自然水源。磷酸盐和其他矿物质建立、水生植物和藻类过于密集,耗尽水中的氧气从水中,最终造成水生生物。
“我们曾经重用磷酸更多,”论文的第一作者斯蒂芬妮·里贝说。“现在我们只把它的地面,用它一次,冲洗水源后使用。所以,污染问题,一个可持续性的问题,循环经济问题。”
生态学家和工程师传统发展策略解决安装环境和公共健康问题在磷酸磷酸通过消除水来源。直到最近重点转移远离去除磷酸中恢复。
“人们总是可以做某些事情在实验室环境中,“说Vinayak Dravid,该研究的通讯作者。“但有一个维恩图解扩大时,你需要能够规模技术,你希望它是有效和负担得起的。没有在那个十字路口的三个,但我们的海绵似乎是一个平台,满足所有这些标准。”
Dravid是亚伯拉罕哈里斯西北大学材料科学与工程教授麦考密克工程学院,西北大学的创亚博网站下载始董事原亚博老虎机网登录子和纳米表征实验中心(细微差别),和导演的软纳米技术和混合动力实验资源(羞怯心理)。Dravid也是全球倡议主任西北大学国际纳米技术研究所。瑞贝Dravid实验室和博士生论文的第一作者。
团队的磷酸消除和恢复轻量级(珍珠)膜多孔,柔性衬底上(如涂层海绵、布或纤维),选择性地扣押99%的磷酸离子污染水。涂有纳米结构磷酸结合,珍珠膜可以通过控制pH值调整吸收或释放营养物质,以便磷酸盐膜的复苏和重用许多周期。
目前磷酸去除方法基于复杂、冗长、多步骤的方法。他们中的大多数也不恢复期间磷酸去除,最终生成大量的物理浪费。珍珠膜提供了一个简单的单步去除磷酸盐,也有效地恢复。也可重用并生成没有物理浪费。
使用样本来自芝加哥的水回收区,研究人员检测了他们的理论与实际水样的复杂性。
“我们经常称之为“gigaton问题,纳米级解决方案””Dravid说。”在许多方面对宏观的纳米尺度上的相互作用,我们研究影响补救。”
团队证明sponge-based尺度方法是有效的,从毫克到公斤,表明承诺进一步扩展。
本研究建立在前开发相同的团队——Vikas Nandwana Dravid集团的一员,作者在本研究第一作者被称为欧姆(亲脂的疏水性多功能)海绵,海绵使用相同的平台,有选择地删除和恢复石油造成石油污染的水。通过修改膜中的纳米材料涂层,该小组计划下使用他们的“即插即用”式的框架去后重金属。瑞贝还说马上可以解决多个污染物通过应用多种材料定制的亲和力。亚博网站下载
“这水治理挑战打击如此之近,”瑞贝说。“伊利湖的西部盆地的一个主要地区富营养化时你认为,我的灵感来源于学习更多关于水治理挑战五大湖附近。”
这项研究,“磷酸盐消除和恢复轻量级(珍珠)膜:一个可持续的环境修复方法,”是由美国国家科学基金会(奖号码dmr - 1929356)。亚博老虎机网登录本文研究利用羞怯心理资源设施,由美国国家科学基金会支持的国家纳米技术协调基础设施(NSF-NCCI)计划。
本杰明·欣德尔罗伯托dos Reis和维Nandwana——从西北合著。
来源:https://www.northwestern.edu/