新型氧化石墨烯濾芯制備技術(shù)可高效凈水

凈水過濾裝置的一大問題，就是隨著時(shí)間的推移，細(xì)菌會在材料的表面聚集，導(dǎo)致效果逐漸變差。不過圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員，已經(jīng)開發(fā)出了一種新型過濾膜。它借助石墨烯來主動殺死細(xì)菌，以減少生物污染。更有趣的是，它還靈活運(yùn)用了細(xì)菌的力量。制造期間，研究人員先將一種含糖物質(zhì)喂給酸醋桿菌(Gluconacetobacter hansenii)。然后，細(xì)菌會在水中生產(chǎn)納米纖維素。

在纖維增長的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還加入了氧化石墨烯薄片，以增加濾膜的穩(wěn)定性和耐用性。研究主要合著者之一的 Young-Shin Jun 稱：

這就像是借助微生物的 3D 打印，我們可以在細(xì)菌的納米纖維素生長過程中，添加我們喜歡的任何東西。我們已在不同的 pH 條件下進(jìn)行了觀察。

與真空過濾或旋涂制備的濾膜相比，氧化石墨烯生物膜的性狀更加穩(wěn)定。

在利用完細(xì)菌之后，研究人員又通過堿溶液，處死了生產(chǎn)纖維素的醋酸桿菌。同時(shí)去除其中的氧基團(tuán)，對氧化石墨烯進(jìn)行‘還原’。

處理后的石墨烯生物膜會對光產(chǎn)生反應(yīng)，以殺死粘附在膜上的其它細(xì)菌。

研究合著者 Srikanth Singamaneni 表示，如果你想借助微生物來凈水，膜中還原的氧化石墨烯可以吸收陽光，加熱濾膜并殺死細(xì)菌。

為了測試這種濾膜的殺菌能力，研究人員將之暴露在大腸桿菌之下。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只需三分鐘的光照，就足以將膜加熱到 70°C(158°F)以上，輕松殺死病蟲微生物。而在高壓下，滅菌膜能夠以兩倍于普通膜的速度來濾水。

作為對比，如果沒有還原氧化的石墨烯，制備的濾膜并不能有效殺死大腸桿菌。

值得一提的是，新工藝的成本相對較低，有助于數(shù)百萬發(fā)展中國家的人們喝上清潔的飲用水。

有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》期刊上。原標(biāo)題為：

《Photothermally Active Reduced Graphene Oxide/Bacterial Nanocellulose Composites as Biofouling-Resistant Ultrafiltration Membranes》