全球有20億人缺乏清潔安全的飲用水,今天,由莫納什大學,CSIRO組織和奧斯汀得克薩斯大學得聯和調查組在科學進展發表的論文可能提供了一個突破性的新解決方案。
這一切都要歸結為金屬有機框架(MOFs),這是一種令人驚嘆的新一代材料,它具有任何已知物質的最大內表面積。海綿狀晶體可用于捕獲,儲存和釋放化合物。在這種情況下,將海水中的鹽和其他離子分離。
澳大利亞墨爾本莫納什大學的Huacheng Zhang教授,Huanting Wang教授和Zhe Liu副教授及其團隊,與CSIRO的Anita Hill博士和和在得克薩斯大學奧斯汀分校化學工程系的Benny Freeman教授合作,他們最近發現,MOF膜可以模擬有機細胞膜的過濾功能或“離子選擇性”。
隨著進一步的研究,這些膜具有有效地發揮從海水中去除鹽類和分離金屬離子的雙重作用,從而為水利和采礦業提供革命性的新的技術途徑。
目前,用反滲透膜淡化海水占全球海水淡化能力的一半以上,是大多數水處理工藝的最后一個階段,但這些膜在能耗上還有2至3倍的改進空間。它們不依賴離子脫水或生物通道中選擇性離子轉運的原理,因此具有明顯的局限性。Roderick MacKinnon和Peter Agre憑借對這一主題的研究榮獲2003年諾貝爾化學獎。
在采礦業中,通過發展膜工藝來減少水污染以及回收有價值的金屬。 例如,鋰離子電池現在是移動電子設備最受歡迎的電源,然而在當前的消費速度下,需求上升,可能需要非傳統方式的鋰生產,例如從海水和廢物處理中回收。如果在經濟上和技術上可行,從這樣一個復雜的液體系統中直接萃取和純化鋰將會產生深遠的經濟影響。
由于這項新研究,使這些創新現在成為可能。莫納什大學的Huanting Wang教授說:“我們可以利用我們的研究成果來解決海水淡化的問題,而不是依靠當前昂貴的能源密集型工藝,這項研究開辟了以更高效和環境可持續的方式去除水中鹽離子的潛力。此外,這只是這種現象潛力的開始,我們將繼續研究如何進一步應用這些膜的鋰離子選擇性,鋰離子在海水中含量豐富,因此這對于目前使用低效化學處理方法從巖石和鹽水中提取鋰的采礦業有著重要意義。 在全球,電子和電池所需的鋰的量非常高。 這些膜是一種豐富且易于獲取的資源,為從海水中提取鋰離子提供了一種非常有效的方法。”
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CSIRO的Anita Hill博士表示,基于對MOF的不斷了解,該研究為下一代材料提供了另一種潛在的現實應用。Anita Hill博士說:“從公共利益的角度來看,使用MOFs進行可持續水過濾的前景令人難以置信,同時提供更好的鋰離子提取方法以滿足全球需求,并且可能會為澳大利亞創造新的產業。
德克薩斯大學奧斯汀分校教授Benny Freeman說:“得克薩斯頁巖氣田產生的水富含鋰,先進的分離材料概念可能會將這種廢棄物流轉化為資源回收利用,我非常高興可以有機會和來自莫納什大學和CSIRO杰出同事合作,他們都是聯邦科學與工業研究組織(CSIRO)贊助的美國富布賴特委員會頒布的在科學、技術和創新方面的杰出教授。”
文章來自phys.org,原文標題為Researchers discover efficient and sustainable way to filter salt and metal ions from water
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