研究人员开发基于纤维素废物的高效过滤器

使用废物来净化水可能听起来有悖常理。 但在维也纳工业大学，这正是目前已经实现的目标。 研究人员开发了一种特殊的纳米结构来过滤水中广泛存在的有害染料。

一个关键的组成部分是一种被认为是废物的材料：用过的纤维素，例如清洁布或纸杯的形式。 纤维素被用来涂覆精细的纳米织物，以形成有效的污水过滤器。 纸张是 发表 在《小科学》杂志上。

水中有色毒物

有机染料代表最大的合成染料类别，包括所谓的偶氮化合物。 它们广泛应用于纺织工业，甚至在很少关注环境保护的国家也是如此，而且染料往往最终进入未经过滤的废水中。

维也纳工业大学材料化学研究所的 Günther Rupprechter 教授表示：“这是危险的，因为此类染料降解非常缓慢，它们可以在水中停留很长时间，对人类和自然构成巨大危险。”

有多种材料可以结合此类染料。 但仅此还不够。 “如果只是让污水流过可以结合染料的滤膜，清洁效果就会很低，”Rupprechter 解释道。

“最好用大量细小的纤维制造纳米织物并让水渗透。” 然后水与更大的表面积接触，因此可以结合更多的有机染料分子。

作为纳米过滤器的纤维素废物

该研究的第一作者、Rupprechter 研究小组的博士后 Qaisar Maqbool 说：“我们正在研究半结晶纳米纤维素，它可以从废料中生产。” “含金属的物质经常用于类似的目的。而我们的材料则对环境完全无害，而且我们还可以通过回收废纸来生产它。”

这种纳米纤维素与塑料聚丙烯腈一起“纺”成纳米结构。 然而，这需要大量的技术技能。 维也纳工业大学的团队成功地采用了所谓的静电纺丝工艺。 在此过程中，材料以液体形式喷射，液滴带电并通过电场。

“这确保了液体在固化过程中形成直径为 180 至 200 纳米的极细线，”Rupprechter 说。 这些线形成具有高表面积的精细组织——所谓的“纳米网”。 一平方厘米上可以放置一个丝网，总表面积超过10平方厘米。

测试成功

使用这些纤维素涂层纳米结构进行的测试非常成功：在三个循环中，被紫色染料污染的水被净化，并且 95% 的染料被去除。 “染料仍然存储在纳米网中。然后您可以处理整个网或将其再生，溶解存储的染料并重新使用过滤织物，”Rupprechter 解释道。

然而，还需要做更多的工作：评估复杂纳米网的机械性能，进行生物相容性测试，评估对更复杂污染物的敏感性，并实现工业级标准的可扩展性。

现在，Rupprechter 和他的研究团队想要研究如何将这种染料过滤技术转移到其他应用领域。

“这项技术对于医疗领域来说也可能非常有趣，”鲁普雷切特相信。 “例如，透析还需要从液体中过滤掉非常特殊的化学物质。” 涂层纳米织物可能对此类应用有用。