河川与土壤重金属污染是许多国家头痛的环境议题,这些毒物一旦进入食物链,变只进不出,以生物放大作用在其他生物与人体内叠加累积,故重金属源头管理与处理不容忽视,最近美国伯克利实验室就研发出高效率除「铜」海绵,能精準并有效地吸收水中的铜离子。
镉、铬、铜、镍、铅、锌、锰、钴、汞都是重金属,目前除了地质因素外,重金属污染多源自于人为因素,随着经济与工业发展,採矿、废水排放、废气排放都会影响自然环境,趟若工厂任意排放废水,这些剧毒物质最终就会流入河川海洋、渗入土壤,对人体健康、农渔业及环境生态造成许多负面影响。
更麻烦的是大面积重金属污染的清理善后,其作用往往有限。目前常见的重金属除污技术为大量分离(bulk separation),无论对水质好或坏,全部都会清除殆尽。
▲ 左图为 ZIOS 示意图,右图是在硅晶片上的 ZIOS -铜扫描电子显微镜(SEM)照片
对此伯克利实验室开发一种化学选择性高、耐用的材料 ZIOS(zinc imidazole salicylaldoxime),团队以细菌的重金属吸收能力为发想(代谢用),研发出类似海绵的晶体结构材料,ZIOS 其中的微小通道大小与水分子差不多,浸入水中后通道又会拓宽,刚好可以让水分子自由流动,让材料与液体中的铜离子结合并产生化学反应。
团队指出,ZIOS 是有史以来吸收铜离子效果与速度最快的材料,其速度是现今 30 到 50 倍,在水中稳定性也长达 52 天。且不仅具有优异的吸附性能,重複使用性也高,团队指出,ZIOS 一旦离水,就会在十亿分之一秒的时间内从膨胀状态变为原本的大小。
团队认为 ZIOS 或许可以纳入汙水处理蓝图中,这也意味着重金属除污技术迈入原子级,因此团队也希望以这项技术为基石,研发出瞄準其他重金属离子的除污技术。论文第一作者 Jeff Urban 表示,在水科学和水工业中,过去已经有许许多多废水除污技术,但很少设计用于从酸性矿井排水中去除重金属。我们希望 ZIOS 可以帮助改变这一点。
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