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2013年3月1日 星期
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穿过看不见的孔 污水就能变清水?
  净水机工作原理示意图

  山东潍坊被疑有企业往深层地下排污的消息,引发了公众对地下水现状的关注和忧虑,饮用水安全问题又一次升温,成为坊间的热点话题。 

  前阵子相亲节目《非诚勿扰》的一位男嘉宾“纳米哥”让我们了解到了他的一项新技术——纳米净水技术。那这种技术靠谱吗?日前,记者采访了有关方面的专家。

  纳滤膜:孔径比头发丝细得多 

  纳米是长度单位,1纳米是10亿分之一米,比头发的直径还细。那长度单位和净水技术怎么就扯到一块儿了呢?实际上,“纳米哥”的净水技术中用到的是一种叫做“纳滤膜”的物品。 

  北京服装学院材料学院特聘研究员龚龑教授介绍道:“纳滤膜是上世纪80年代末问世的一种新型分离膜,它拥有1纳米左右的微孔结构,故称之为纳滤。纳滤膜是多层结构的复合膜,它的表面分离层由带正电荷或负电荷的聚电解质构成,这些电荷可以和无机盐结合,进而截留下水中的钠、铁等离子。” 

  我们都知道,水是由水分子组成的,水分子的直径大约是1纳米的四十分之一,而水中含有的铁、铅等物质的直径大多数都是微米级别(1微米=1000纳米),在纳滤膜的过滤下,它们很难穿过这些纳米级别的孔径。纳滤可以截留二价以上的离子(铁、铜等金属离子)和其他颗粒,所透过的只有水分子和一些一价的离子(如钠、钾、氯离子)。

  精滤:对水源进行深度净化 

  传统的自来水厂采用“絮凝—沉淀—过滤—消毒”的工艺对水进行处理之后难免还会残留异味。如何进一步净化呢?这个时候,就是纳滤膜一展身手的时候了。 

  龚龑说:“常见的净水器主要是经过过滤和吸附两个阶段,过滤就是粗滤,除去较大分子量的物质,再经过活性炭吸附掉水中的有机物和一些金属离子达到净水的目的。但是在水质较差的地区,净水器就需要加入精滤的步骤。” 

  因为用于精滤的孔径较细,被过滤掉的杂质会堆积。清洗的频率和使用频率相关,值得一提的是,清洗需要专业的设备,成本比较高,大约是整套设备的十分之一,少则上百,多则上千。有时候清洗过程中用到的水要比过滤出来的水还多很多倍。专家提醒,两次清洗的时间间隔不能太久,因为杂质被过滤后是存在滤芯里,而不是被清除。

  净水方式:主要是膜分离技术 

  工业生产和农业生产过程中产生的废弃物很有可能对水产生污染,污水中的酸、碱、氧化剂,以及铜、镉、汞、砷等化合物,苯、酚、二氯乙烷、乙二醇等有机毒物会毒死水生物,影响饮用水源。 

  这些藏在水中的“杀手”能不能被纳米技术“逮捕”呢?膜分离技术是净水的主要方式,对这种技术,龚龑提到了3种材料:反渗透膜、纳滤膜和超滤膜。

  超滤膜是用纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜。水中的微粒、细菌、胶体等物质比这种膜表面的孔径大,无法通过滤膜,从而被去除。 

  反渗透膜是由具有高度有序矩阵结构的聚合纤维素组成的,它的孔径为0.1纳米~1纳米(相当于大肠杆菌大小的千分之一,病毒的百分之一)。它的作用就是去除水中的无机盐离子、病毒等有害人体健康的东西,不过这种膜的生产成本较高,适合水质较差的地区。

  航天员在太空中循环饮用水就是经纳米膜处理

  既然这种材料能达到这么好的净化程度,研发的成本自然不低,因此这种技术很难在百姓生活中普及开来,但是除了日常生活,还有很多领域需要用到纯净的水。 

  因为空间的限制和人体的需要共存,航天员在太空中的饮用水必须是循环用水,就是将排出液体经过纳米膜处理后,重新作为饮用水使用;在精细化工中,需要知道每一种物质的影响因素,那么所用水中就必须尽可能少地含有其他物质,以避免水中带来的物质影响实验的精确度;在微生物的培养上,必须防止培养基中带入其他微生物,导致微生物的死亡。随着可用淡水不断减少,海水净化不断提上日程,我国以及世界上许多国家都在研究纳米级生物膜的海水净化,可能在不久的将来海水淡化将能够缓解淡水资源不足的问题。

  《泰囧》中的“油霸”

  跟纳米技术有关 

  现阶段纳米膜已经应用于分离、浓缩、纯化生物制品、医药制品以及食品工业中;血液处理、废水处理和超纯水制备中的终端处理装置也有涉及。在我国已成功地利用超滤膜进行了中草药的浓缩提纯。 

  纳米膜随着技术的进步,其筛选功能必将得到改进和加强,在地下水除硬度,地表水除有机物、色度,油水分离,乙二醇回收,硫酸铜回收,有机、无机液体分离、浓缩,染料提纯、浓缩、脱盐,天然药物分离、浓缩和发酵液浓缩领域也都有应用。 

  龚龑说道:“值得一提的是,电影《泰囧》片头中提到了‘油霸’能够将半桶石油变成一桶的现象,其实这个技术原型,就是最早北大首届创业计划大赛第一名的技术产品——纳米微乳化燃油添加剂,也是国内最早产业化的纳米技术产品之一。但影片的‘油霸’会把耐受性很强的仙人球植物污染腐蚀,纳米添加剂的环保安全性评价缺失,也是环保领域面临的新问题,需要我们加强关注研究和技术提高。”(半晨)

  名 词

  解 释

  纳米(符号为nm)是长度单位,原称毫微米,是10亿分之一米。如同厘米、分米和米一样,是长度的度量单位。相当于4倍原子大小,比单个细菌的长度还要小。

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