电气工程与电子技术学报

利用纳米技术净化水

阿琼·马蒂  

近年来，人们致力于开发具有特殊反应性和用于环境净化的纳米结构材料。重金属（例如 Cr、Hg、As、Pb、Ni、Co 等）在新水源和工业废水中的存在是一个基本的健康和环境问题，因为它们具有高毒性，并且在自然界中具有生物累积性，因此在人体中也是如此。如今，基于聚苯胺和聚吡咯的智能聚合物纳米结构材料是水处理中很有前途的材料，因为它们价格低廉、易于制造、无毒、吸附能力强，还具有颗粒交换性能。最近，我们通过原位聚合工艺开发了领先的聚合物基纳米复合材料，用于去除毒性极强的毒素。ATR-FTIR 和 XPS 证实了吸附剂表面对污染物的吸附。XPS 浓缩物还提供了明确的自动角度。解吸研究表明，尽管吸附质的回收有限，但吸附剂仍可有效再利用，而不会明显损失其原始性能。另一方面，废吸附剂可再用于各种应用：催化、抗菌活性和气体传感器。对过滤技术有益进步的需求导致人们对用于水净化的纳米纤维层等前沿材料缺乏关注。废水中有机物的存在和有机物聚集的迹象是一个重大问题，凝结/絮凝和氯技术等潮汐技术无法产生令人满意的结果。这些技术产生的额外渗出物需要进一步处理和去除。纳米技术在过滤应用方面具有巨大的潜力，因为它能够为此类要求制造精确的原始控制材料。电纺纳米纤维层 (ENM) 是一种前沿薄膜技术，与传统层相比，可提供高转换率和高去除率。与传统薄膜相比，ENM 具有轻便、智能和低能耗的特点，为水和污水净化带来了变革。ENM 具有高孔隙率，通常约为 80%，而传统薄膜的孔隙率为 5-35%。纳米设计层因其有趣的特性而在水处理中具有巨大的潜力。在这种关联中，静电纺丝薄膜作为一种灵活的工艺正在兴起，具有有希望的水处理功能。这项工作重点介绍了 ENM 在废水处理中的应用以及纳米膜的表面改性，以解决沙特阿拉伯塔布克污水处理厂的污染问题和废水处理。水是人类饮食中必不可少但被忽视的营养物质。虽然水净化技术已经取得了许多进展，但纳米技术在该领域的发展可以降低成本，并提高清洁措施的效率。此外，纳米技术可以让非工业国家使用这种水净化系统，扩大清洁水的供应。本节详细介绍了纳米技术在饮用水净化方面的现有进展和新兴应用。将介绍基本的饮用水杂质，例如无机重金属、有机物和微生物，以及去除它们的常用方法。本节的大部分内容将用于分析纳米技术在吸附和膜分离领域的应用，特别是如何应用纳米技术和合成纳米材料来提高效率以及降低传统水过滤方法的成本和环境影响。

地球上生物的首要部分是获得干净安全的饮用水。在世界范围内，即使在水资源丰富的地区，缺水也是不可避免的，因为人口的繁荣、工业化、发展、生态变化和农业活动造成了巨大的压力。获得安全饮用水的问题不可避免，需要进行大量研究。纳米技术在不同领域有许多成功的应用，但近年来，它在水和废水处理中的应用已成为一个快速发展、前景广阔的领域。本部分介绍了纳米材料和工艺开发的最新进展，用于处理受有害金属、有机和无机化合物、微生物和病毒污染的地表水、地下水和工业废水。此外，还将研究合成纳米材料对人类健康和环境的毒性。本部分还讨论了合成纳米材料在水和废水处理系统中的命运和运输以及与纳米材料相关的风险。