耶鲁大学的工程师开发植物衍生的材料来净化水

时间：2021-07-05 16:52:07 来源：

耶鲁大学工程与应用科学学院的科学家已经开发出一种植物来源的材料，该材料可以比目前的石油基膜材料更有效地净化水。

该材料是一种高度有序且排列整齐的纳米多孔聚合物，基于源自植物油的天然脂肪酸。Chinedum Osuji教授及其实验室与Menachem Elimelech教授合作，在ACS Nano中发表了他们的发现。

“您获得的结构是高度选择性的，因为孔的尺寸非常明确，而孔对齐的事实确保了极其高效的操作，”化学与环境工程副教授Osuji说。这种选择性意味着该材料可以很好地应用于纳滤，以去除水中的污染物，例如纺织染料，药物，农药和其他正在引起关注的污染物。

该论文的合著者Xunda Feng指出，基于膜的技术在水净化中起着重要的作用，但是目前的技术有两个重大缺陷。

Osuji实验室的博士后研究员冯说：“它们的选择性低。”“它们也完全由石油基材料制成。”

由于对环境的关注，用可再生或可持续来源的材料生产有用的聚合物一直是科学家寻求寻找石油基材料的替代物的目标。但是，这些替代方法已被证明性能较差。

为了创造这种新材料，科学家使用了一种称为分子模板化的技术，其中单个分子充当了脂肪酸分子自组装成六角填充柱的指南。由于脂肪酸分子不与引导分子物理结合，因此可以除去模板，从而产生纳米孔。纳米孔的大小由自组装过程精确地定义，而纳米孔壁的化学性质本质上由脂肪酸或通过在形成膜后进行的简单化学修饰来定义。

在吸附实验中对膜进行了测试，以了解不同大小和不同电荷（正电荷或负电荷）的分子如何容易进入孔隙。结果令人惊叹-仅有0.4 nm的微小差异（比人的头发宽度小25万倍）导致分子从完全吸收变为几乎完全排斥，而膜显示出带负电荷的分子完全被排斥与它们的大小无关。“这些新型膜可以选择性地输送水和所需分子，但以比目前市售膜更好的方式拒绝不想要的分子，”该项目的贡献者和博士学位的吉拉德·考夫曼（Gilad Kaufman）说。大s实验室的候选人

Osuji实验室的合著者和博士后川端昌介（Kohsuke Kawabata）指出，模板分子的合成是低成本且可扩展的。而且，最终从聚合物膜上除去的模板分子可以重复使用以生产其他膜。

Osuji表示，他的实验室将继续与Roberto C. Goizueta化学与环境工程教授Elimelech合作，以继续他们的发现。

他说：“现在，我们想制作大薄膜并检查它们在压力驱动的流动中的选择性，以查看哪些分子通过，哪些分子不通过，基本上将其放大到实际的膜。”该团队还将探索其他潜在用途，例如用于半导体行业的高密度纳米图案转移。

出版物：Xunda Feng等人，“通过分子模板在可持续衍生的聚合物膜中的高度选择性垂直排列的纳米孔”，ACS Nano，2017年； DOI：10.1021 / acsnano.7b00304

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