凈水過濾裝置的一大問題,就是隨著時(shí)間的推移,細(xì)菌會在材料的表面聚集,導(dǎo)致效果逐漸變差。不過圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員,已經(jīng)開發(fā)出了一種新型過濾膜。它借助石墨烯來主動殺死細(xì)菌,以減少生物污染。更有趣的是,它還靈活運(yùn)用了細(xì)菌的力量。制造期間,研究人員先將一種含糖物質(zhì)喂給酸醋桿菌(Gluconacetobacter hansenii)。然后,細(xì)菌會在水中生產(chǎn)納米纖維素。
在纖維增長的同時(shí),團(tuán)隊(duì)還加入了氧化石墨烯薄片,以增加濾膜的穩(wěn)定性和耐用性。研究主要合著者之一的 Young-Shin Jun 稱:
“這就像是借助微生物的 3D 打印,我們可以在細(xì)菌的納米纖維素生長過程中,添加我們喜歡的任何東西。我們已在不同的 pH 條件下進(jìn)行了觀察。”
與真空過濾或旋涂制備的濾膜相比,氧化石墨烯生物膜的性狀更加穩(wěn)定。
“在利用完細(xì)菌之后,研究人員又通過堿溶液,處死了生產(chǎn)纖維素的醋酸桿菌。同時(shí)去除其中的氧基團(tuán),對氧化石墨烯進(jìn)行‘還原’。”
處理后的石墨烯生物膜會對光產(chǎn)生反應(yīng),以殺死粘附在膜上的其它細(xì)菌。
“研究合著者 Srikanth Singamaneni 表示,如果你想借助微生物來凈水,膜中還原的氧化石墨烯可以吸收陽光,加熱濾膜并殺死細(xì)菌。”
為了測試這種濾膜的殺菌能力,研究人員將之暴露在大腸桿菌之下。
“結(jié)果發(fā)現(xiàn),只需三分鐘的光照,就足以將膜加熱到 70°C(158°F)以上,輕松殺死病蟲微生物。而在高壓下,滅菌膜能夠以兩倍于普通膜的速度來濾水。”
作為對比,如果沒有還原氧化的石墨烯,制備的濾膜并不能有效殺死大腸桿菌。
“值得一提的是,新工藝的成本相對較低,有助于數(shù)百萬發(fā)展中國家的人們喝上清潔的飲用水。”
有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情,已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》期刊上。原標(biāo)題為:
“《Photothermally Active Reduced Graphene Oxide/Bacterial Nanocellulose Composites as Biofouling-Resistant Ultrafiltration Membranes》”
原標(biāo)題:細(xì)菌織造纖維素:新型氧化石墨烯濾芯制備技術(shù)可高效凈水
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