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膜界“异类” 让净水技术更“净”一步

2018-04-20 14:00:01
来源:科技日报 作者:何 春 何星辉 评论:0
导语:近日,在厦门大学举办的首届饮用水与健康学术交流会上,众多国内外顶级专家纵论水话题,饮水问题再次引发外界关注。交流会上,专家们对当前国内净水技术进行了讨论,其中,将工业领域的膜技术应用于民用净水领域,创造性地融入纳米材料,既剔除了水中各种微污染
  市场上各种“概念水”大行其道,我们到底要喝什么样的水?

  近日,在厦门大学举办的首届饮用水与健康学术交流会上,众多国内外顶级专家纵论水话题,饮水问题再次引发外界关注。交流会上,专家们对当前国内净水技术进行了讨论,其中,将工业领域的膜技术应用于民用净水领域,创造性地融入纳米材料,既剔除了水中各种微污染,又保留了有益矿物质的3D无机纳滤芯技术得到了专家们的一致推崇。

   去除污染留下矿物成净水难题

  厦门大学水科技与政策研究中心首席科学家、新加坡三达国际集团董事长蓝伟光告诉科技日报记者,自来水不能直接喝,这是众所周知的常识。通常我们会将自来水烧开了喝,但自来水烧开仅仅能杀死水中的细菌、病毒等微生物,却无法剔除化学微污染。这就需要进行水质的进一步净化。

  净水靠滤芯,滤芯大多数都是用膜做的,但市场上流行的净水膜技术,面对水中天然存在的矿物质与化学微污染,总是顾此失彼,想保留矿物质,微污染就无法去除。去除微污染,水中的矿物质就会一同被剔除,从而变成了纯净水。而且几乎所有的纯净水都是采用反渗透膜过滤技术制备的,其工艺特点决定了制水过程要用电、浪费大量的自来水,不符合节能减排与节水优先的原则。

  “应该通过科技手段让喝水返璞归真。既去除微污染,又保留矿物质,同时让水质呈弱碱性。”蓝伟光说。

      把活性炭微孔缩小800倍

  “如果从有机到无机,从2D到3D,为膜过滤增加一个维度,让过滤与吸附相结合,制备独特的无机复合陶瓷膜滤芯,很有可能会解决困扰业界多年的难题——在净水的过程中,既保留天然有益矿物质,又能去除外源的化学微污染,以实现真正净水的目标。”蓝伟光说,于是他

  想到将陶瓷滤芯与活性炭相结合。

  陶瓷滤芯与活性炭如果要整合,传统的做法是两支滤芯逐级安装、物理组合,但这样做存在弊端——一般的活性炭滤芯处理容量太小,很快达到吸附饱和,而且极易滋生细菌等病原微生物。

  蓝伟光表示:“刚开始我们把目光聚焦在陶瓷滤芯的三维立体空间内,希望把天然多孔的硅藻土与活性炭及其他功能添加剂整合在一起。然而,如何在有限的空间内增加活性炭的容量与比表面积,成为开发过程中必须解决的主要难题。”

  为解决这个困难,三达集团与科研院所紧密合作,专门开发了比传统活性炭微孔小800倍的特殊活性炭,以几何级数的规模增加单位重量活性炭的比表面积。就这样,陶瓷滤芯与活性炭达成了强强结合的条件,蓝伟光也看到了3D无机纳滤芯技术成功研发的曙光。这一创新的纳米微孔活性炭制备技术,可以有效吸附水中的农药、重金属等污染物,并获得了中国国家科技进步二等奖。

  天然硅藻土+活性炭滤出好水

  由于天然硅藻土本身含有微米级的蜂窝状多孔结构,只要通过特殊的工艺技术,把三达集团特制的纳米微孔活性炭镶嵌其中,颠覆传统陶瓷膜仅靠表面作为活性层的思路,创新性地把三维立体结构的中间层作为活性吸附与过滤层,内外复合两层极薄的高精陶瓷膜作为保护层,然后,再通过传统的无机陶瓷膜制备工艺,在保护核心的纳米微孔活性炭不遭任何破坏的前提下烧结成形,3D无机纳滤芯技术就这样问世了。

  这个膜界“异类”,通过无机纳米材料制备技术改变了传统的有机膜分离过程,它可以制成3D材料,使吸附与过滤的过程同步进行,从而提升膜分离的效率,弥补了2D有机膜的不足。

  不完全净水最典型的代表莫过于自来水,目前中国97%左右的自来水厂依然采用传统的四步法,这样做仅能澄清水质与杀灭病菌,对农药、抗生素、环境激素和石油污染物根本无能为力,虽然3%左右的自来水厂采用了先进的超滤膜工艺,但也仅仅是能提升自来水厂除菌除浊的水平,如果水源遭遇化学微污染的话,超滤膜也起不了作用,而3D无机纳滤芯技术完美解决了这个问题,“只吸附和过滤去除水中的污染物,不会去除水中对人体有益的微量元素和钙镁等矿物质元素,水质呈弱碱性。而且,净水过程不用电、不产生废水,既节能减排,又节水降耗。”蓝伟光说。

(责任编辑:韩梦晨)

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