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二氧化碳也能净化水?
时间:2017-05-26 09:59:03  
 


来源:中国科学报 

将水净化,往往需要过滤技术,不过依赖于机械过滤器或者过滤膜来去除污染物随着时间推移,滤网或滤膜上的污染物累积得越来越多,导致过滤设备阻塞而不得不经常更换。
 
近日,美国普林斯顿大学的研究人员开发出新型水过滤技术,它不需要任何过滤器,而是依靠注入二氧化碳气体来改变水的化学性质,根据电荷分离废物颗粒,并将相关论文发表于《自然—通讯》。
 
论文中提到的这套净化系统由硅橡胶管组成,一端分为两个通道。加压后的二氧化碳可以通过硅橡胶渗透到水中,并与水混合,使其变为微酸性并产生带电的离子和分子。这些离子中包括带正电荷的氢离子以及带负电荷的碳酸根分子。这些离子和分子在水中运动时产生电场,于是被吸引到硅橡胶管的一端,而没有电荷的过滤水在其自身的通道中继续前进。最后,过滤好的水流过一个通道,废物颗粒流过另一个通道。
 
可改变水的pH值
 
“一般来说,二氧化碳常用于改变水的风味,还可以起到抑菌的作用。因为二氧化碳加入水中后让水pH值呈偏酸性,水中氧气变少,让细菌失去可存活的环境,进而被消灭。在污水处理时,加入二氧化碳后,还可以加速水中某些污染物的沉淀。”北京公众健康饮水研究所所长李复兴告诉《中国科学报》记者。
 
2009年,瑞士籍华人地质学家、美国科学院院士许靖华就曾经提出过让二氧化碳与污水结合,因为二氧化碳融入水中可以促进水的酸化,并且降低其pH值。这样就从根本上抑制了不适宜酸性环境的蓝藻、绿藻等污染藻类的生长。
 
这次新的发现除了二氧化碳可以将水变为微酸性,研究人员还表示胶体粒子的扩散泳可以被进入水中的二氧化碳溶解,而且它的溶解将产生浓度梯度。利用这一原则,研究人员进一步发现二氧化碳溶解带来的定向运动,只通过非常低的能耗就能将粒子分离。更重要的是,二氧化碳在溶于水之后具有环境友好性,也容易从水中被分离。
 
正是这些优势,让二氧化碳分解技术在发展中国家更有应用前景,它可以用于清洁被细菌和污垢颗粒污染的池塘和河水,还可以用于植物脱盐,以去除植物中的病毒和细菌。

属于空化技术
 
近年来,空化技术生态有效去除有机污染物的方法,特别是去除小分子有机化合物的方法日益受到关注。“二氧化碳净化水的方法,与空气净化、氯气净化以及氢气净化等方法,都属于空化技术。”李复兴介绍道。
 
李复兴表示,空化技术主要通过负压,把空气或其他气体变为纳米级气泡与水混合,气泡在水中破裂时瞬间产生高温并产生电子,将水中的有机污染物分解为二氧化碳和水,同时可以杀死水中的污染物。但因为气泡极小,不会让水温大幅提升。
 
而且,在空化技术中,气体不同,所产生的效果也不同。“氧化性越高的空化效果越明显。其中氧化性最高的是氯气和臭氧。二氧化碳的氧化性稍差。”李复兴阐述道。他进一步举例说,氢气加入水中可以成为有利于健康的功能水。2007年,日本医科大学Ohsawa教授在《自然医学》上发表的一篇氢气生物学论文,称氢分子可“选择性清除人体内恶性自由基”。论文发表后,立刻引起关注。在常用的给氢气方法中就包括饮用富氢水。
 
而加入氯气的水则具有消毒作用。因为氯气可与水反应生成次氯酸,其具有很强的氧化性,与细菌细胞壁脂类产生双键反应,穿入菌体内部,改变细胞的通透性,从而导致细菌死亡。这一方法诞生于19世纪50年代,当时一位英国人成功地使用这种技术阻止了伦敦霍乱的蔓延。至今,这也是最常见的消毒方法。只是,后来有科学家提出氯气不仅可以灭菌,同样对其他生物体的细胞核及人体细胞也有负面影响。
 
“二氧化碳与氯气相比,优势在于没有其他污染物产生。”李复兴表示,“只是以前二氧化碳净化水的设备比较庞大,只能应用于大型的水处理厂。这次新研究提出的方向依然属于研究阶段,距离应用还很远。”

还需综合其他方法
 
李复兴同时强调,水中的污染物成分比较复杂,二氧化碳技术更多针对的是有机污染物,但这种技术对水中的无机物和重金属效果不大。“水净化技术属于综合技术作用,所以不能仅依靠一种方法就完全替代其他技术。”
 
许靖华当年提出用二氧化碳处理集成水路污水的方法时,也曾提到仅靠二氧化碳效果不够好,还需要再加一道水转换器装置,加快污水过滤流速,在高水力负荷下过滤,吸附水中剩余的污染?,将水彻底净化。
 
“空化技术是种有效去除污染物的方法,但是因为其设备庞大,而且运行成本高,目前尚无法应用于大型处理厂,但

 
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