科学家称锰纳米颗粒可使全球饮用水供应量增加一倍以上

科学家称，如果用锰铁氧体纳米颗粒来改进目前水处理厂使用的过滤板，全球饮用水供应量可能会大幅增加。

“我们的研究记录了一些非凡的成果。性能最佳的膜含有2wt.%的复合材料，实现了351.4LMH的水通量，比原始PES膜高出2.6倍，”研究合著者、沙迦大学科学与工程研究所研究员IsmailAlmanassra博士说。

PES或聚醚砜膜对于水处理厂至关重要，因为它们可充当屏障，允许饮用水通过并防止有害物质通过。它们可过滤水中的盐、杂质和其他有害颗粒。

Almanassra博士补充道：“该项目的意义在于它有可能彻底改变水处理工艺，在广泛的技术、经济、环境和健康方面带来益处。”

这项研究发表在《膜科学杂志》上，表明科学家已经开发出“具有优越的水通量和截留率的超滤膜”，并且能够解决当前水处理方法中的关键效率低下问题。

Almanassra博士补充道：“该项目有效地减轻了生物污染，降低了维护和运营成本，同时通过更有效的水管理促进了环境的可持续性。”

UF或超滤膜广泛应用于世界各地的水处理厂。它们同样传统上和典型地用于海水淡化项目以及地下水预处理、食品加工、工业化学分离和废水处理。

超滤膜还可作为阻隔内毒素、病毒和其他固体及病原体的屏障，从而生产出纯度高、淤泥密度低的饮用水。超滤膜主要由聚合物材料或陶瓷制成。

Almanassra博士表示，水处理和海水淡化厂目前面临着多项挑战，“特别是在预处理阶段，使用聚合物基超滤(UF)膜进行净化。

“一个主要问题是生物污染，生物物质积聚在膜表面，对渗透通量和水质产生负面影响。”

生物污垢会对水处理厂使用的超滤膜的效率和耐用性产生不利影响。微生物会污染水，降低饮用水产量，并覆盖、阻塞或损坏膜表面。

这是操作工程师仍在努力解决的问题。为了解决这个问题，他们通常寻求两种解决方案。首先，他们增加FU膜的操作压力以保持渗透性和产水量。其次，他们被迫频繁更换生物污染的膜。

然而，研究作者指出，这两种解决方案都会导致更高的运营和维护成本。作为来自不同背景的研究人员，他们致力于创新和设计超滤膜，通过整合亲水材料来有效解决生物污染问题并降低长期费用。

Almanassra博士说：“这种方法不仅可以提高渗透通量和污染物去除率，而且还可以显著减少随着时间的推移生物污染的影响，从而带来更高效、更经济的水处理解决方案。”

科学家们的创新之处在于他们成功地用锰铁氧体纳米粒子改性了二维石墨碳氮化物，并将其用作PESUF膜的纳米填料。这些膜是通过相转化法制造的，添加剂的质量负载范围在0.5到3wt.%之间。

在测试和评估之前，使用不同的技术对这些薄膜进行表征，以研究其形态、表面粗糙度、物理化学和机械属性。随后，使用已知会随着时间的推移造成污染的污垢剂对膜进行测试。

“在阻隔和防污能力方面，我们的膜表现出色，阻隔了超过95%的HA和BSA。令人印象深刻的是，即使经过液压清洗，膜的恢复率仍保持在88%以上。

“亲水材料的整合标志着材料科学的重大进步，其潜在应用领域不仅限于水处理。最终，该项目通过提供更清洁、更安全的水来改善公众健康，并为全球水资源短缺和污染挑战提供可扩展的解决方案。”