磷酸鹽通常用于農(nóng)業(yè)的肥料，以及城市地區(qū)的草坪和花園，也存在于寵物和野生動(dòng)物的糞便中。隨著土壤中磷含量的增加，許多磷被沖走并進(jìn)入小溪、河流和其他水道，導(dǎo)致破壞性的藻類大量繁殖。
西北大學(xué)的科學(xué)家們?cè)噲D用一種新的海綿來(lái)解決這個(gè)問題，他們稱之為磷酸鹽消除和恢復(fù)輕量級(jí)（PEARL）膜。它是一種多孔的柔性材料，表面涂有與磷酸鹽離子結(jié)合的納米結(jié)構(gòu)，因此能夠有選擇地從污染的水中封存99%的磷酸鹽離子。通過對(duì)材料中的pH值進(jìn)行微調(diào)，可以使其釋放出化合物，使海綿可以多次重復(fù)使用。
這些能力在實(shí)驗(yàn)室對(duì)從芝加哥周圍收集的真實(shí)世界水樣的測(cè)試中得到了證明，海綿在從毫克到公斤的范圍內(nèi)被證明是有效的。研究人員承認(rèn)，在現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)仍有一段路要走，它可以提供一種比目前的方法更有效的方法來(lái)清理磷酸鹽污染，這些方法成本高、復(fù)雜并產(chǎn)生廢物。
研究報(bào)告作者Vinayak Dravid說：“人們總是可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中做某些事情。但在擴(kuò)大規(guī)模時(shí)，有一個(gè)維恩圖，你需要能夠擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模，你希望它是有效的，你希望它是負(fù)擔(dān)得起的。以前在這三者的交叉點(diǎn)上沒有任何東西，但我們的海綿似乎是一個(gè)符合所有這些標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)。”
因?yàn)檫@種海綿材料也能夠釋放捕獲的磷酸鹽，而且世界上很大一部分作物的生長(zhǎng)都依賴于它，所以科學(xué)家們也認(rèn)為它是未來(lái)解決資源短缺的一個(gè)潛在方案。論文的第一作者Stephanie Ribet說：“我們過去更多的是重復(fù)使用磷酸鹽。現(xiàn)在我們只是把它從地下拉出來(lái)，使用一次，用完后就沖進(jìn)水源。因此，這是一個(gè)污染問題，一個(gè)可持續(xù)性問題和一個(gè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)問題。”
PEARL膜實(shí)際上是建立在同一團(tuán)隊(duì)開發(fā)的前一個(gè)版本的基礎(chǔ)上，該版本能夠選擇性地從污染的水中去除和回收石油。通過改變涂層中的納米材料，該團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步調(diào)整海綿以清理重金屬，并表示對(duì)設(shè)計(jì)的更多調(diào)整可以使其同時(shí)處理多種污染物--因此該團(tuán)隊(duì)將該技術(shù)比喻為用于污染修復(fù)的潛在“瑞士軍刀”。
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