绿色水净化系统不含重金属或腐蚀性化学品

北京中国科学院过程工程研究所(IPE)和江苏扬州大学(YZU)的科学家们已经开发出一种有效的节能技术，通过使用石墨氮化碳板来净化水。

他们的原型于2月7日发表在Chem杂志上，在30分钟内净化富含病原体的水，杀死了超过99.9999%的细菌，如大肠杆菌，符合中国对清洁饮用水的要求。与金属基光催化消毒剂不同，它实现了这一标准，不会留下二次污染或重金属离子残留物，为不太环保的技术提供了一种有前景的替代方案。

“光催化消毒技术的未来应用可以显着减轻清洁水资源短缺和全球能源短缺，”过程工程研究所教授，该论文的高级作者Dan Wang说。

与使用紫外线，氯化或臭氧消毒的传统水净化工艺不同，光催化方法提供环境安全的水处理 - 只要他们使用正确的催化剂。但不幸的是，这些更环保的催化剂往往效率低于金属类。广泛研究的碳基催化剂，例如碳纳米管和氧化石墨烯，对于实际的水处理目的而言不够有效，因为它们不能产生足够的活性氧来克服病原体。

来自IPE和YZU的团队设法通过独特的催化设计绕过这些失败。他们利用石墨氮化碳纳米片，这是一种具有正确电子特性的超薄二维材料，可吸收光并产生活性氧。这种配置有助于通过产生大量过氧化氢来促进反应，过氧化氢通过氧化细胞壁并对其化学结构造成严重破坏而有效地杀死细菌。

最终，王认为这些结果，以及设计的简单性和廉价的材料，意味着该技术应该相对容易在更大规模上发展。“催化剂和设备的扩大并不困难，”他说。“这种材料的结构完全不含金属，其中一个关键部件 - 塑料袋已经商品化，这使得它很容易获得。”

该团队打算在技术准备好用于商业用途之前磨练该技术。作为接下来的步骤，他们计划通过扩大材料吸收光子的能力，开发抗菌纤维和改进纳米片制备工艺来提高效率。

然而，他承认这种杀菌系统并非旨在单独净化水。“净化需要其他设备去除重金属离子，调节pH值，去除残留物，”他说。“我们需要将我们的系统与其他系统结合起来，以满足水净化要求。”