新方法可以选择性地从水中去除微污染物

2019-01-14 08:44:33
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当从水中去除非常稀的浓度的污染物时,现有的分离方法往往是能量和化学密集型的。现在,麻省理工学院开发的一种新方法可以提供一种选择性替代方案,用于去除极低水平的不需要的化合物。

新方法在麻省理工学院博士后肖苏,Ralph Landau化学工程教授T. Alan Hatton和麻省理工学院以及德国达姆施塔特技术大学的其他五篇论文中的能源与环境科学期刊中有所描述。

该系统采用一种新方法,依靠电化学过程选择性地去除有机污染物,如农药,化学废物和药物,即使它们存在于小而危险的浓度中。该方法还解决了传统电化学分离方法的关键限制,例如酸度波动和由于竞争性表面反应而可能发生的性能损失。

目前用于处理这种稀释污染物的系统包括膜过滤,其昂贵且在低浓度下具有有限的效果,以及电渗析和电容去离子,其通常需要高电压,其倾向于产生副反应,Su说。这些过程也受到过量背景盐的阻碍。

在新系统中,水在化学处理的或“功能化的”表面之间流动,所述表面用作正电极和负电极。这些电极表面涂有所谓的法拉第材料,它可以经历反应带正电或带负电。这些活性基团可以调整为与特定类型的污染物分子强烈结合,正如该团队使用布洛芬和各种杀虫剂所证明的那样。研究人员发现,即使百万分之几浓度,这一过程也能有效地去除这些分子。

以前的研究通常只关注导电电极或仅在一个电极上的功能化板,但这些通常会达到产生污染化合物的高电压。通过在正面和负面使用适当功能化的电极,在不对称配置中,研究人员几乎完全消除了这些副反应。此外,这些不对称系统允许同时选择性地去除正和负毒性离子,正如团队使用除草剂百草枯和五氯喹酸证明的那样。

Su说,同样的选择性过程也应该应用于化学或制药生产厂中高价值化合物的回收,否则它们可能会被浪费掉。“该系统可用于环境修复,有毒有机化学品去除,或用于化学工厂以回收增值产品,因为他们都依赖于相同的原理从复杂的多离子系统中提取少数离子“。

Su说,该系统具有固有的高选择性,但实际上它可能设计有多个阶段,以依次处理各种化合物,具体取决于具体的应用。“对于发展中国家的偏远地区的水净化系统,”这样的系统最终可能是有用的,其中农药,染料和其他化学品的污染通常是供水中的问题。高效,电动操作例如,系统可以利用农村地区的太阳能电池板供电。“

哈顿说,与需要高压的薄膜系统和其他高压工作的电化学系统不同,新系统在相对良性的低电压和低压下工作。而且,他指出,与传统的离子交换系统相比,捕获化合物的释放和吸附剂的再生需要添加化学物质,“在我们的情况下,你可以只需翻转开关”,通过切换来实现相同的结果电极的极性。

研究团队已经为水处理技术的持续发展赢得了一系列荣誉,包括J-WAFS解决方案和马萨诸塞州清洁能源催化剂竞赛的奖学金,研究人员是去年麻省理工学院水资源创新奖的最佳获奖者。研究人员已申请新工艺专利。“我们当然希望在现实世界中实现这一点,”哈顿说。与此同时,他们正致力于在实验室中扩大原型设备并提高化学稳定性。

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