超強力吸附技術,神奇海綿有效清除水中重金屬銅

作者 | 發布日期 2020 年 12 月 08 日 18:16 | 分類 環境科學 , 生態保育 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


河川與土壤重金屬污染是許多國家頭痛的環境議題,這些毒物一旦進入食物鏈,變只進不出,以生物放大作用在其他生物與人體內疊加累積,故重金屬源頭管理與處理不容忽視,最近美國伯克利實驗室就研發出高效率除「銅」海綿,能精準並有效地吸收水中的銅離子。

鎘、鉻、銅、鎳、鉛、鋅、錳、鈷、汞都是重金屬,目前除了地質因素外,重金屬污染多源自於人為因素,隨著經濟與工業發展,採礦、廢水排放、廢氣排放都會影響自然環境,趟若工廠任意排放廢水,這些劇毒物質最終就會流入河川海洋、滲入土壤,對人體健康、農漁業及環境生態造成許多負面影響。

更麻煩的是大面積重金屬污染的清理善後,其作用往往有限。目前常見的重金屬除污技術為大量分離(bulk separation),無論對水質好或壞,全部都會清除殆盡。

▲ 左圖為 ZIOS 示意圖,右圖是在矽晶片上的 ZIOS -銅掃描電子顯微鏡(SEM)照片(Source:伯克利實驗室

對此伯克利實驗室開發一種化學選擇性高、耐用的材料 ZIOS(zinc imidazole salicylaldoxime),團隊以細菌的重金屬吸收能力為發想(代謝用),研發出類似海綿的晶體結構材料,ZIOS 其中的微小通道大小與水分子差不多,浸入水中後通道又會拓寬,剛好可以讓水分子自由流動,讓材料與液體中的銅離子結合並產生化學反應。

團隊指出,ZIOS 是有史以來吸收銅離子效果與速度最快的材料,其速度是現今 30 到 50 倍,在水中穩定性也長達 52 天。且不僅具有優異的吸附性能,重複使用性也高,團隊指出,ZIOS 一旦離水,就會在十億分之一秒的時間內從膨脹狀態變為原本的大小。

團隊認為 ZIOS 或許可以納入汙水處理藍圖中,這也意味著重金屬除污技術邁入原子級,因此團隊也希望以這項技術為基石,研發出瞄準其他重金屬離子的除污技術。論文第一作者 Jeff Urban 表示,在水科學和水工業中,過去已經有許許多多廢水除污技術,但很少設計用於從酸性礦井排水中去除重金屬。我們希望 ZIOS 可以幫助改變這一點。

(首圖來源:pixabay