Teflon-inspired纳米通道比生物水转运蛋白

日本研究人员设计了一系列氟化纳米通道,能够选择性地去除盐分和其他杂质从受污染的水样本。净化率三个数量级大于当前选择,团队有信心,这一技术可以为全球开发水处理和海水淡化应用程序。

总水的淡水只有0.01%。其短缺是全球可持续发展面临的最大问题之一的目标,”解释道Takuzo Aida的主要科学家之一,东京大学参与这项研究。中东地区淡水危机尤为严重。中东地区所有国家的风险被列为严重水分胁迫世界资源研究所的渡槽水风险图谱,依靠海水淡化和水净化系统访问这些宝贵的资源。

目前,海水淡化和水处理是由反渗透膜,“评论Ihsanullah Ihsanullah法赫德国王大学研究工程师在沙特阿拉伯的石油和矿产。但研究表明,纳米材料的加入能显著提高材料用于水处理的特点。

反渗透依赖于应用程序的物理压力,迫使水通过半渗透膜,克服自然占主导地位的渗透压和过滤掉任何污染物。自然发展专门的膜蛋白称为水运输水通道蛋白在细胞但这些生物纳米通道已被证明具有挑战性的繁殖。碳纳米管是一种很有前途的合成模仿但患有选择性差和低渗透速率。

灵感来自于聚四氟乙烯,日本团队Aida为首,伊藤Yoshimitsu和佐藤浩平表示开发出一系列氟nanorings,能够进行超分子聚合形成刚性纳米通道堆栈,创建一个与fluorine-covered内部表面。

氟化表面,如聚四氟乙烯非常防水处理,一个属性被称为疏水性。这种极端水排斥性,前所未有的渗透速率占了氟化系统。在正常情况下,水分子的小集群形式,通过氢键结合在一起。这些集群比自由水分子扩散较慢,尤其是在纳米通道的封闭空间。然而,阿依达和他的团队建议的疏水表面纳米通道抑制这些集群的形成,使单个水分子扩散更快。

“脱盐性能也非常令人兴奋,”说悉达多Das来自马里兰大学的机械工程师,我们。氟是带负电荷的有很强的静电排斥和氯离子,所以没有通过。这是一个非常有效的海水淡化方法。

然而,尽管优于所有当前净化技术,仍有工作要做。“这些nanomaterial-based膜有良好的潜在的未来的水净化技术,但仍有这些材料的应用的主要障碍,以商业规模养殖。这项研究仍处于不成熟的阶段,”评论Ihsanullah。

说,这美丽的科学Das。我唯一的问题,或者说,分发展;技术可伸缩的吗?和成本效益的吗?”

这些问题,东京团队希望能够很快回答。还需要更多的研究来让这些纳米通道几乎用于水净化或脱盐。“然而,我们的工作提供了一个重要的信息,“Aida的评论。我们实现的是一个极端的例子,人们可能承认有可能超越上阈值的渗透速率和盐存在排斥能力。”