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    我国学者在仿生智能化纳米絮凝剂研究方面取得重要进展

    日期 2018-11-29   来源:化学科学部   作者:朱旺喜 张国俊  【 】   【打印】   【关闭

    图. 仿海葵纳米絮凝剂广谱去除水中污染物

      在国家自然科学基金项目(项目编号:91434132、51721006)等资助下,北京大学赵华章教授团队与耶鲁大学Menachem Elimelech教授团队等合作,在智能化纳米絮凝剂研究领域取得重要进展。研究成果以“Actinia-like multifunctional nanocoagulant for single-step removal of water contaminants”(一步去除水中污染物的仿海葵多功能纳米絮凝剂)为题,于2018年11月26日在Nature Nanotechnology (《自然?纳米技术》)上发表。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41565-018-0307-8。

      絮凝技术应用300多年来,主要用于去除悬浮物和胶体类物质,对于环境风险较高的小分子溶解性物质去除效果甚微。絮凝能否作为废水深度处理的有效途径,取决于在小分子物质从小尺度转变到大尺度絮体的过程中能否形成介尺度凝聚核。因此,如何通过分子设计诱发小分子相间传质形成凝聚核,是絮凝剂研究领域遇到的最大挑战。

      针对上述关键问题,研究团队从仿生学入手,通过模仿海葵的身体构造和捕食特征,制备了智能化仿海葵纳米絮凝剂。该絮凝剂在使用前呈核壳胶束结构存在于水中,解决了多数絮凝剂在储运过程中易失稳的难题。尤为重要的是,在使用时由于浓度和pH变化,絮凝剂会发生类似海葵捕食的构型反转:由铝硅复合物组成的“壳”会水解相变,去除悬浮物和胶体;由有机官能团组成的“核”外翻并环绕固定于“壳”上,象海葵的触手捕捉水中小分子,诱发小分子形成了凝聚核进而形成絮体去除。通过上述智能过程,新型絮凝剂可实现一步去除悬浮物、胶体和溶解性污染物,简化深度处理工艺,实现水资源高效利用。




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