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余桂华教授AM:分子工程水凝胶用于快速水消毒和可持续太阳能蒸汽生成
高分子科学前沿 / 时间:2021-07-27 22:11:05

新材料在线7月27日讯:在发展中地区,饮用不安全的水是发病率和死亡率的一个主要原因。巴氏杀菌或煮沸的水以去除病原体适用于能源密集型的地区,但对独立社区来说往往是不切实际的。因此,采用资金成本低、快速、节能的水消毒方法,是解决全球安全供水方面的挑战。

在水处理方面,已开发了许多先进的材料,如消毒剂、过滤器和抗生物污染剂例如,碳基材料,如碳纳米管、石墨烯及其衍生物。通常,消毒剂材料以浆液的形式使用,需要额外的分离过程以确保可回收性。并且,由于杀生物的金属离子在人体和生态系统中的有害积累,这种方法通常需要预处理/后处理。

鉴于此美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授团队开发一种新型抗菌水凝胶(ABHs),其与儿茶酚激活的分子水平过氧化氢发生器和醌锚定活性炭颗粒合成后用于水处理。杀菌效果归因于双氧水和醌基团的协同攻击并干扰细菌的新陈代谢。ABHs可以直接作为片剂使用,60分钟内无能量输入可达到99.999%的水消毒效果。在治疗过程中没有产生有害的副产品,之后的ABH片可以很容易地移除没有残留物。除了利用其优异的光热特性此外,ABHs还可以作为太阳能蒸发器,在含细菌的河水中储存和运行数月后,在阳光(<1kw m-2)下实现稳定的水净化。在偏远地区和紧急救援应用中,可以发挥巨大作用。

文章亮点

1、抗菌水凝胶(ABHs),由儿茶酚功能化壳聚糖(CCS)网络和醌锚定活性炭颗粒组成(图1a)。空气和水中的O2引发的儿茶酚基自发氧化(图1b)导致H2O2从作为消毒剂的大块水凝胶网络中逐渐释放出来。同时,水凝胶网络中的醌修饰活性炭(QAC)颗粒促进了与蛋白质、代谢产物等多种生物巯基的反应活性,进一步增强了杀菌效果。

2、制备的ABHs可以作为片剂直接浸入未经处理的水中,在60分钟内在零耗能下实现枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌99.999% 的失活(图1d)。

3、消毒后,药片在不留下化学杂质的情况下就可以除去。在其他水净化应用,特别是太阳能蒸馏,ABHs除了提供高效的水蒸发,还能防止生物污染。经过长期的储存和操作,可以实现蒸馏物的稳定生产。

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合成示意图


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