新球技巧 捕获并终止水污染物

莱斯大学的科学家已经开发出类似于维纳斯的捕蝇粒子用于水修复的东西。

在Rice环境工程师Pedro Alvarez的实验室中创建的微米级球体用于捕获和破坏双酚A(BPA)，这是一种用于制造塑料的合成化学品。

该研究详见美国化学学会期刊“ 环境科学与技术”。

BPA通常用于涂覆食品罐，瓶盖和供水管线的内部，并且曾经是婴儿奶瓶的一部分。虽然渗透到食物和饮料中的BPA在低剂量下被认为是安全的，但长期暴露会被怀疑影响儿童的健康并导致高血压。

好消息是活性氧(ROS) - 在这种情况下，羟基自由基 - 对BPA来说是坏消息。当紫外线触发时，廉价的二氧化钛会释放出ROS。但由于氧化分子迅速消退，BPA必须足够接近攻击。

这就是陷阱的来源。

近距离观察，球体呈现出类似花朵的二氧化钛花瓣。柔软的花瓣为水稻研究人员提供了足够的表面积来固定环糊精分子。

环糊精是一种良性的糖基分子，常用于食品和药物中。它具有双面结构，具有疏水(避水)腔和亲水(吸水)外表面。BPA也是疏水性的并且自然地被吸引到腔体中。一旦被困，球体产生的ROS会使BPA降解成无害的化学物质。

在实验室中，研究人员确定每升受污染的水中有200毫克的球体在一小时内降解了90%的BPA，这一过程需要两倍于未增强的二氧化钛。

这项工作适用于由赖斯和国家科学基金会支持的纳米技术水处理中心开发的技术，因为这些球体是由二氧化钛纳米片自组装而成。

“文献中报道的大多数过程涉及纳米粒子，”赖斯研究生和主要作者Danning Zhang说。“颗粒的尺寸小于100纳米。由于尺寸非常小，它们很难从水中悬浮液中恢复。”

米粒子要大得多。当100纳米颗粒比人类头发小1000倍时，增强的二氧化钛在3到5微米之间，仅比同一根头发小约20倍。“这意味着我们可以使用带膜的低压微滤来使这些颗粒重新使用，”张说。“它节省了很多精力。”

张说，由于ROS还会磨损环糊精，因此在持续紫外线照射约400小时后，球体开始失去诱捕能力。但一旦恢复，它们就可以轻松充电。

“这种新材料有助于克服光催化水处理的两大技术障碍，”Alvarez说。“首先，它通过最大限度地减少水中非目标成分对ROS的清除来提高治疗效率。这里，ROS主要用于破坏BPA。

“其次，它可以实现催化剂的低成本分离和再利用，有助于降低处理成本，”他说。“这是高级材料如何帮助将学术炒作转化为可行的流程以提高水安全性的一个例子。”