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香港大学学者发明有效过滤重金属和细菌的纳米纤维膜
来源:中国粉体网          时间:2019-07-04

香港大学(HKU)的科学家们发明了一种高效、高渗透性的纳米纤维膜,可以有效地过滤水中的各种污染物,特别是重金属和细菌,除了日常使用外,它还具有救灾的价值。

由香港大学土木工程系唐楚阳教授领导的一个研究小组发现,这种膜在消除大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等细菌的同时,可以快速过滤铅(Pb),镍(Ni),镉(Cd)和铬(Cr)等重金属,效率超过99.9%。膜过滤器易于通过重力驱动的过滤工艺操作,并且可以在用醋冲洗后重复使用。

该发明于今年早些时候在第47届日内瓦国际发明展览会上获得金奖。它已经获得美国和中国专利,正在申请另一项美国专利。预计很快能实现技术转让、许可和商业化。该材料有望用于家用净水器和便携式水过滤瓶。该项目由香港政府创新科技署的创新及科技基金资助。

自2014年以来,该研究团队一直致力于开发一种高效膜,以快速过滤水中的污染物和细菌。最新发明的纳米纤维膜是通过电纺技术制造的,该技术利用电力将聚合物溶液喷射到纳米纤维上,将其直径拉伸至10至100纳米。它们的不同尺寸使纳米纤维能够处理具有不同性质的各种目标污染物。然后将这些纳米纤维编织成纳米纤维膜。


这种新型纳米纤维膜为过滤水中的重金属和细菌提供了一种高效,方便和廉价的解决方案。用该膜过滤后,饮用水中重金属的浓度显著低于世界卫生组织(WHO)设定的阈值。它还比使用活性炭的商用水过滤器表现更好。在50μg/L(ppb)的饲料铅溶液中(WHO的饮用水中铅的安全水平为10μg/L(ppb)或更低),去除效率超过99.9%。通过去除通常用于管道和配件的镍以及其他重金属(例如镉和铬)来实现相同的效率水平。在该过程中几乎完全除去诸如大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的细菌。


用于去除重金属,例如反渗透和蒸馏的其他常规水处理方法消耗能量。该纳米纤维膜在其操作中不需要任何电力或能量输入。它可以多次重复使用,因为只需在醋中冲洗膜就可以去除捕获的污染物。由于膜的原料便宜,因此该纳米纤维膜过滤器的价格预计比市场上使用碳过滤器的类似产品便宜30%至50%。

唐教授说:“这种纳米纤维膜的设计初衷是为了解决重大自然灾害后清洁和饮用水的迫切需求。在地震或海啸之后,通常缺乏可靠的清洁水或电力来源,因此您需要一些实用的救灾方案。我们的过滤器非常适合:它可在不到一分钟的时间内提供安全的饮用水。简单可靠,无需电力。它结构紧凑,可轻松放入口袋。过滤器也受到旅行者和冒险者的极大兴趣和关注。”

展望未来,唐教授和他的团队正在研究扩大纳米纤维膜的功能,以过滤更广泛的污染物并实现快速的水净化。

唐教授是国际知名的膜研究员,拥有多项国际专利的领先发明家。他的研究团队专注于开发用于海水淡化,水再利用和水中盐度梯度能量回收的先进膜材料。他的Aquaporin Inside Membranes(AIMs)的发明已经成功商业化并用于海水淡化和正向渗透。