导读 加州大学伯克利分校的化学家们发现了一种简化有毒金属去除的方法。像汞和硼。在淡化过程中产生纯净水，同时可能捕获有价值的金属，例如金。

加州大学伯克利分校的化学家们发现了一种简化有毒金属去除的方法。像汞和硼。在淡化过程中产生纯净水，同时可能捕获有价值的金属，例如金。从海水或废水生产饮用水或用于农业或工业的水的过程中，脱盐(除去盐)只是一个步骤。在去除盐之前或之后，通常必须对水进行处理以去除对植物有毒的硼和对人有毒的重金属如砷和汞。通常，该过程会留下难以处理的有毒盐水。

这项新技术可以轻松地添加到当前的基于膜的电渗析脱盐工艺中，可以去除近100%的这些有毒金属，产生纯盐水和纯净水，并分离出有价值的金属，以备后用或处置。

加州大学伯克利分校加州大学研究生亚当·乌利亚纳(Adam Uliana)说：“海水淡化厂或水处理厂通常需要一系列昂贵的，前处理和后处理系统，所有水都必须经过这些系统。”描述该技术的论文。“但是在这里，我们有能力一次完成多个步骤，这是一个更有效的过程。基本上，您可以在现有设置中实现它。”

加州大学伯克利分校的化学家合成了柔性聚合物膜，就像目前在膜分离工艺中使用的那样，但是嵌入的纳米颗粒可以调节以吸收特定的金属离子，例如金或铀离子。如果要回收金属，则膜可以包含一种类型的已调谐纳米颗粒，也可以包含几种不同类型的膜，如果需要在一个步骤中去除多种污染物，则可以调整每种以吸收不同的金属或离子化合物。

包裹有纳米颗粒的聚合物膜在水中和高温下非常稳定，而嵌入膜中的许多其他类型的吸收剂(包括大多数金属有机骨架(MOF))却并非如此。

研究人员希望能够对纳米粒子进行调节，以去除其他类型的有毒化学物质，包括常见的地下水污染物：PFAS或在塑料中发现的多氟烷基物质。他们称离子捕获电渗析为新工艺，也有可能从核电站废水中去除放射性同位素。

带有嵌入纳米粒子的聚合物膜可选择性去除离子化合物(顶部)，用于电渗析(底部)，不仅去除盐而且去除金属(其中许多金属是有毒的)，产生纯净的净水和更易于处置的无毒盐水的。膜(绿色和红色)可以冲洗并重复使用多次，而有价值的金属则有可能被回收。图片来源：加州大学伯克利分校照片由亚当·乌利亚纳(Adam Uliana)提供

在他们的研究中，将在本周的杂志上发表科学，Uliana和资深作者杰弗里龙，化学的加州大学伯克利分校教授，当被并入基于膜电渗析系统，其中一个电压驱动离子，表明聚合物膜是非常有效的通过膜去除盐和金属，以及扩散渗析，这主要用于化学处理。

Long说：“电渗析是一种用于淡化海水的已知方法，在这里，我们采用的方法是将这些新颗粒掺入膜材料中，并捕获目标性有毒离子或中性溶质，例如硼。” “因此，当您驱动离子穿过该膜时，您还需要对水中的汞进行净化处理。但是，这些膜对去除高容量的其他金属(例如铜和铁)也具有很高的选择性。”

全球缺水需要废水回用

气候变化和人口增长加剧了全球水资源短缺的局面，包括加利福尼亚州和西部。沿海社区越来越多地安装植物来淡化海水，但内陆社区也在寻找将污染源(地下水，农业径流和工业废料)转化为用于农作物，房屋和工厂的清洁安全水的方法。

尽管反渗透和电渗析可以很好地从海水等高盐度水源中去除盐分，但残留的浓盐水可能含有高含量的金属，包括镉，铬，汞，铅，铜，锌，金和铀。

但是，海洋正日益受到工业和农业径流的污染，而内陆资源则更是如此。

朗格说：“这对于那些污染物水平很低但仍具有毒性的地区特别有用，另外，在废水流中还含有许多有毒离子类型的不同废水场所。”

大多数脱盐工艺使用反渗透膜(允许水通过但不允许离子通过)或离子交换聚合物(允许离子通过但不允许水)去除盐(盐在水中主要以钠和氯离子的形式存在)。这项新技术仅添加了直径约200纳米的多孔纳米粒子，它们捕获特定离子，同时允许钠，氯和其他非目标带电分子通过。

漫长的设计和研究可以用独特分子修饰的多孔材料，这些分子可以从液体或气流中捕获目标化合物：例如，发电厂排放的二氧化碳。这些聚合物膜中使用的纳米颗粒称为多孔芳族骨架，即PAF，它是碳原子的三维网络，其由由多个环形分子组成的化合物(化学基团称为芳族化合物)连接。内部结构与钻石的内部结构有关，但碳原子之间的连接被芳香族连接基延长，从而形成了许多内部空间。各种分子可以连接到芳族接头上以捕获特定的化学物质。

为了捕获汞，例如，附着了被称为硫醇的硫化合物，已知这些硫化合物与汞紧密结合。添加的甲基化硫基团可捕获铜，而含氧和硫基团可捕获铁。改变后的纳米颗粒约占膜重量的20%，但由于它们非常多孔，因此约占其体积的45%。

计算表明，在需要再生该膜之前，一公斤的聚合物膜可以从35,000升含有百万分之五的金属的35,000升水中去除所有汞。

Uliana在他的实验中表明，硼酸(一种对农作物有毒的硼化合物)可以被这些膜去除，尽管扩散透析依赖于浓度梯度来驱动化学物质(不是离子的，如金属)通过PAF纳米颗粒捕获的膜。

他说：“我们尝试了不同类型的高盐度水，例如地下水，工业废水以及微咸水，该方法适用于每一种。” “对于不同的水源，它似乎具有通用性;这是我们要纳入其中的设计原则之一。”

Uliana还证明了该膜可以重复使用多次(至少10次，但可能更多)，而不会失去其吸收离子金属的能力。含有可吸收金属的PAF的膜可以轻松释放其吸收的金属，以进行捕获和再利用。

朗补充说：“这是一项技术，根据您的有毒杂质是什么，您可以定制膜来处理这种类型的水。” “例如，在密歇根州或孟加拉国，铁或砷可能存在铅的问题。因此，您要针对特定​​污染水源的膜。这些材料确实将其击倒到通常无法估量的水平。”