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我國(guó)科學(xué)家制備出全分散微球材料,可從廢水中回收染料
最后更新: 2023-09-22 08:00:38有機(jī)染料是常用的色彩添加劑,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科研和日常生活。染料讓我們的服飾、食品、日用品絢麗多彩;染料在顯微鏡下發(fā)光實(shí)現(xiàn)成像,幫助我們揭示微觀世界的奧秘。有數(shù)據(jù)表明,全球有機(jī)染料的產(chǎn)量達(dá)到70萬(wàn)噸/年,但其中近10-15%被排放到工業(yè)和家庭廢水中,已成為水污染的重要源頭,對(duì)生態(tài)環(huán)境和公眾健康構(gòu)成威脅。
現(xiàn)有染料廢水的處理方法如混凝-絮凝法、生物降解法,可去除廢水中大部分有機(jī)染料,而這些方法面臨染料去除不徹底、適用染料種類有限、產(chǎn)生的淤泥容易造成二次污染等問題。近年來,隨著納米技術(shù)、材料科技的迅猛發(fā)展,涌現(xiàn)出一些新興的材料與染料廢水處理技術(shù)如催化氧化、納濾和多孔顆粒吸附。催化劑、膜和吸附材料在完成染料廢水處理后可重復(fù)使用,而染料的回收較少被重視。究其原因在于,在有機(jī)染料脫附過程中,通常在水溶液中加入含有無(wú)機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液,使有機(jī)染料的回收過程更加復(fù)雜。
據(jù)中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所網(wǎng)站21日消息,近日,該所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了全新的表面異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)化顆粒全分散策略,制備了全分散的親水-疏水異質(zhì)微球。這些微球在一系列溶劑(水、乙醇、辛烷等)中展示出全分散的優(yōu)異性能,并實(shí)現(xiàn)了從廢水中回收有機(jī)染料。
全分散的親水-疏水異質(zhì)微球 圖:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所網(wǎng)站
近年來,理化所研究員王樹濤團(tuán)隊(duì)提出了乳液界面聚合合成異質(zhì)結(jié)構(gòu)微球的新方法,并在其高效分離應(yīng)用上取得了一系列創(chuàng)新性成果:發(fā)展了多種乳液界面聚合合成方法,制備了一系列具有不同尺寸、化學(xué)組成、孔隙、表面納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)微球,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜生物流體中痕量糖肽的分離、相近尺寸蛋白的分離、病毒核酸分離、癌癥病人外周血中痕量循環(huán)腫瘤細(xì)胞的分離、水中痕量微油滴的分離等,構(gòu)筑了色譜柱、微分離柱、微流控、紙色譜等分離器件。此外,該團(tuán)隊(duì)基于上述成果撰寫了綜述文章。
親水-疏水異質(zhì)微球表面具有交替的親水、疏水成分。這種結(jié)構(gòu)既利于高極性溶劑(水)的鋪展,又利于中等極性溶劑(乙醇等有機(jī)溶劑)、低極性溶劑(辛烷等油性有機(jī)溶劑)的鋪展。此外,在親水區(qū),易引入帶電基團(tuán),這些基團(tuán)能為顆粒間提供靜電排斥作用,從而在不同溶劑中實(shí)現(xiàn)良好的分散。利用這種獨(dú)特的全分散性,該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種從含有機(jī)染料的廢水中分離回收染料的策略。染料在水中被吸附到微球上,通過過濾得到凈化的水與吸附了染料的微球,再將這些微球分散到有機(jī)溶劑中實(shí)現(xiàn)染料的脫附,通過過濾得到溶解了染料的有機(jī)溶劑,染料通過蒸餾被回收,同時(shí)微球被循環(huán)利用。
親水-疏水異質(zhì)微球?yàn)橛袡C(jī)染料的回收提供了一類頗具前景的材料?;厥沼袡C(jī)染料的過程中,只需加入有機(jī)溶劑,無(wú)需加入含有無(wú)機(jī)酸、堿或鹽的洗脫液。有機(jī)溶劑易通過簡(jiǎn)單的蒸餾從染料中去除,避免了去除無(wú)機(jī)酸、堿和鹽的復(fù)雜步驟。這類材料在環(huán)境污染物處理、資源回收利用、海洋資源富集提取、生物分子檢測(cè)等復(fù)雜樣品的分離分析領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
微球從廢水中捕獲染料的熒光顯微圖像;右圖:微球在有機(jī)溶劑中釋放染料的熒光顯微圖像。圖:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所網(wǎng)站
王樹濤表示,這么多年來團(tuán)隊(duì)一直嘗試?yán)媒缑婊瘜W(xué)設(shè)計(jì)來解決分離技術(shù)中“根材料”創(chuàng)制的難題,終于在分離微球材料上取得了突破。
相關(guān)研究成果以Heterostructure particles enable omnidispersible in water and oil towards organic dye recycle為題,發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。華南理工大學(xué)的科研人員參與研究。
- 責(zé)任編輯: 范維 
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