耶鲁工程师开发植物衍生材料来净化水 2017-01-03 05:06:32

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耶鲁大学工程与应用科学学院的科学家开发出一种植物衍生材料,可以比现有的石油基膜材料更有效地净化水

该材料是高度有序和对齐的纳米多孔聚合物,基于源自植物油的天然脂肪酸

Chinedum Osuji教授和他的实验室与Menachem Elimelech教授合作,在ACS Nano上发表了他们的发现

“你得到的结构是高度选择性的,因为毛孔的大小非常明确,而毛孔对齐的事实确保了极其有效的操作,”化学与环境工程副教授Osuji说

这种选择性意味着该材料可以很好地应用于纳米过滤以去除水中的污染物,例如纺织染料,药物,杀虫剂和其他新出现的污染物

该论文的共同作者冯敦峰指出,基于膜的技术在水净化中发挥着重要作用,但目前的技术有两个明显的缺点

“他们的选择性很低,”Osuji实验室的博士后助理冯说

“它们也完全由石油基材料制成

”由于环境问题,用可再生或可持续衍生材料生产有用的聚合物长期以来一直是科学家寻求替代石油基材料的目标

然而,这些替代品已被证明具有较差的性能

为了创造这种新材料,科学家们使用了一种称为分子模板的技术,其中单个分子作为脂肪酸分子自我组装成六角填充柱的指导

因为脂肪酸分子不与引导分子物理结合,所以可以去除模板,产生纳米孔

纳米孔的尺寸通过自组装过程精确限定,而纳米孔壁的化学性质由脂肪酸本身定义,或者通过在形成膜后进行简单的化学修饰来定义

在吸附实验中测试膜以观察不同尺寸和不同电荷(带正电荷或带负电荷)的分子如何容易地进入孔隙

结果是惊人的 - 仅0.4纳米的小差异(比人类头发的宽度小约250,000倍)导致从完全导纳到几乎完全排斥分子的变化,并且膜显示完全排斥带负电荷的分子独立于他们的大小

“这些新型膜可选择性地输送水和所需分子,但以优于目前市售膜的方式拒绝不需要的分子,”该项目的贡献者和博士的Gilad Kaufman说

Osuji实验室的候选人

Osuji实验室的共同作者和博士后助理Kohsuke Kawabata指出,模板分子的合成是低成本和可扩展的

而且,最终从聚合物膜上除去的模板分子可以重复使用以产生额外的膜

Osuji说他的实验室将继续与Elimelech,Roberto C. Goizueta化学与环境工程教授合作,以巩固他们的发现

“现在我们想要生产大型薄膜并检查它们在压力驱动流中的选择性,看看哪些分子通过,哪些不通过 - 基本上将其扩展到实际的膜,”他说

该团队还将探索其他潜在用途,例如半导体行业的高密度纳米图案转移

出版物:Xunda Feng等,“通过分子模板在可持续衍生的聚合物膜中高度选择性垂直排列的纳米孔”,ACS Nano,2017; DOI:10.1021 / acsnano.7b00304资料来源:耶鲁大学工程与应用科学学院