一篇Nature Nano引发的创业,剑指重金属水污染

摘要: 前言先看一组国家统计局的数据:2015年全国工业废水排放总量为199.5亿吨,其中废水中的重金属如砷、总铬和

12-21 20:28 首页 水进展

前言


先看一组国家统计局的数据:2015年全国工业废水排放总量为199.5亿吨,其中废水中的重金属如砷、总铬和铅排放量近百吨。


数据来源:国家统计局


重金属主要来源于工业污染,包括重金属离子、金属氰化物和核废料等。水中的重金属污染会对人造成巨大的危害,重金属污染事件也屡见不鲜。

 

现有的处理技术包括化学沉淀、吸附剂或离子树脂、膜过滤等。但是这几种方法都有其自身的优缺点。如化学沉淀法效果可达99%,但是会导致二次污染、价格昂贵且只能处理较高浓度重金属溶液;吸附剂或离子树脂价格昂贵,且只适用于小体积的废水;膜过滤有较多的变种如胶束增强超滤、聚合物增强超滤、反渗透和纳滤等,在理想的pH和浓度下效果达到99%,但是由于费用较高、膜污染和流速等原因,在目前的工业环境下也不实用。

 

科研人员的研究集中于可以自装配吸附剂的新型膜,期待可以快速有效的净水,但是都面临一个重要的问题:重金属离子去除中的特异性。即处理某个指定的重金属离子效果较好,但是处理其他种类的重金属时效果不好。更重要的是,同时处理多种金属离子效率很低,且在料液条件未达到理想的pH和浓度时效率大幅降低。

 

一篇Paper




本篇文章主角登场了,2016年瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH)的Raffaele Mezzenga教授和高级研究员Sreenath Bolisetty在Nature Nano上报道了一种可以有效去除水中重金属离子、细菌和放射性废物的杂化膜。这种用蛋白质淀粉样纤维(protein amyloid fibrils)和活性多孔碳制备的杂化膜在每次过滤时,金属离子浓度降低三到五个数量级,且该过程可以重复多次。值得注意的是,当同时过滤几个离子时,它们的效率保持不变。同时可以回收污染物中的重金属,制作简便,pH要求宽泛,且配方可以调整为水纯化或金属回收膜。


这篇文章登上了Nature Nano 20164月刊的封面,“点水成金”,《Amyloid–carbon hybrid membranes for universal waterpurification》,DOI: 10.1038/NNANO.2015.310


蜂拥而至的咨询

面对如此吸引人的成果,研究人员收到了来自全球汹涌般的咨询:从普通的市民到矿业公司、电厂等。不堪其扰下,他们想到为什么不办个公司呢?于是在2016年五月,Mezzenga和Bolisetty在投资下成立了苏黎世联邦理工学院的衍生企业(spin-off)——BluAct科技有限公司(BluAct Technologies GmbH)。Bolisetty兼任CEO和首席技术官,Mezzenga则退居幕后作为股东和科学顾问。

 

从他们公司的网站可以看出,还是简单的技术介绍,更多的内容需要补充。据说BluAct已经制备出第一批工业尺寸的膜,且在90多个国家用创业资金注册了专利。Mezzenga表示虽然这些步骤非常复杂和麻烦,但是由于他们的技术非常简便,很容易被模仿。

目前膜生产外包给了合作伙伴,BluAct主要负责确保产品的质量符合相关的规定。作为首席技术官,Bolisetty将对现场生产商进行监控和筛选,他笑着坦诚:“看来以后我需要经常出差了”。


BluAct的计划是将膜装入现有的压滤机系统中,用以取代现有的过滤器。已经和ISL Group签订了第一个合约,分发利用BluAct技术开发的饮用水瓶。通过非政府组织和国家当局,这些瓶子将分发给在亚洲、非洲和拉丁美洲那些无法获得清洁饮用水的人们。 Mezzenga教授强调:“这是一个非常接近我们心中的人道主义项目。”为了确保混合过滤器也能送到最贫穷的人的手中,BluAct正在与各级地方当局合作。例如,在印度的安得拉邦,已经为建造一个设施腾出了地方。

 

两个年轻企业家的目标是从诸如采矿业等大型的工业公司相关方赚钱,因为这种膜用于水处理的潜在用途几乎没有限制。原型膜只有3mm厚,但原则上可以制成任何尺寸,从用于家用过滤器到工业应用。此外,可以将多个膜彼此放置或串联布置以处理大量的水。以这种方式,应该可以建造出能够每小时处理10万升水的过滤设备。

 

许多潜在应用


BluAct正在向许多矿业公司推广此技术。目前一个处理欧洲核电厂污染的经营者正在测试此膜,因为可以捕获放射性铀,用来净化放射性的水。还包括电厂、农业、私人家庭应用等。


寻求投资


为了发展和拓展公司的业务,Bolisetty和Mezzenga需要更多的投资者。而对于公司未来发展的猜想,他们都不愿意说。Bolisetty说:“净水市场在全球范围都非常重要,但是我们也不知道我们公司会发展的怎样。我们目前倾尽全力发展BluAct,将这项技术引入到所有可能的水行业中”。

 

砷去除

Efficient Purification of Water from Arsenic by Amyloid-CarbonHybrid Membranes》发表于Chemical Communications杂志,DOI:10.1039/C7CC00406K


在发表于Chemical Communications杂志最近的一篇文章中,他们开发的混合过滤器能够有效地捕获亚砷酸盐和砷酸盐,效率达99%,并可以从水中清除几乎所有的痕迹。此外膜可以在几个过滤循环中重复使用,而不会降低效率。


 

ETH的研究人员通过测试从危地马拉湖附近地区获取的实际污染饮用水来证明该技术的有效性。这个地区是以火山岩为特征,地下水中含有高含量的砷和汞。当地的饮用水样品中含有的砷含量高达80mg/L,这是世界卫生组织(WHO)推荐量的10倍。


Mezzenga教授认为这项研究是一项突破:“因为我们收到的许多咨询都涉及砷。但在此之前,我们在实验室中没有考虑到这一因素。我们特别高兴的是我们的新膜也可以在现场条件下去除这种有毒物质。”

 

接下来的步骤包括通过Mezzenga教授的实验室和危地马拉大学维多利亚山脉大学阿蒂特兰研究中心(UVG)之间的合作项目,将这项新技术应用于危地马拉的国内过滤器。为这些家庭提供相对低成本的解决方案将大大减少长期接触砷的风险。



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