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国大研究人员开发出高效薄膜,可降低水净化成本

来源:美通社 作者: 2015-12-17

摘要: 不断增长的饮用水需求催生了对低能耗、具成本效益的水净化方法的需求。受到红树植物根系和人类肾脏等自然水净化系统的启发,新加坡国立大学(国大)环境研究所(NERI)的一组研究人员开发出了一种新型仿生薄膜,能够低压净水,从而降低能源成本。这种新技术有可能将水净化成本降低多达30%。当今净水行业面临高能源成本重大挑......


不断增长的饮用水需求催生了对低能耗、具成本效益的水净化方法的需求。受到红树植物根系和人类肾脏等自然水净化系统的启发,新加坡国立大学(国大)环境研究所(NERI)的一组研究人员开发出了一种新型仿生薄膜,能够低压净水,从而降低能源成本。这种新技术有可能将水净化成本降低多达30%。

当今净水行业面临高能源成本重大挑战,这些成本主要来自于目前所使用的薄膜系统,用于将盐水净化成清水。工业水净化过程成本高昂,因为它们需要较高的液压或渗透压来推动水分子通过膜过滤系统。

该团队由国大化学与生物分子工程系唐彦华副教授带领,团队已经设计和构建了一个高效的采用了水通道蛋白的新型水净化和处理系统。水通道蛋白是能够选择性地将水分子导入和导出细胞的膜蛋白,阻止离子和其它溶质的通过。

还被称为活细胞膜水道的水通道蛋白已经被发现是大自然水净化系统的功能单位。这些通道提供了自然中膜结构的例子,让大量水分子能够在非常低的压力下通过很小的表面范围,留下盐等杂质。

有了水通道蛋白,已经适应在盐水中生存的红树植物能够过滤掉根部90%到95%的盐分,而人的肾脏每天可净化150升水。

该团队在世界上率先成功将水通道蛋白的蛋白质放置在聚合物膜上,作为通道,能够在低压力和低能耗的情况下仅让水快速通过。

唐副教授解释说:“仿生膜的构造模拟了红树树木根部的细胞层,用创新、简单且易于使用的表面印迹技术,将纳米级的水通道蛋白囊泡嵌入一个稳定的功能性超滤基膜。我们发现,所生成的水通道蛋白仿生膜让水能够更快速地通过,并且盐的泄露率比没采用水通道蛋白的膜要低。”

与比较脆弱的传统仿生膜不同,新膜在水过滤期间具有较高的的机械强度和稳定性。这使它适用于水处理和海水淡化等工业用途。对大众而言,这可能意味着在不远的将来能够以更低的成本更好地供应饮用水。

该团队目前正在与一家美国公司探讨进行实验性测试,在未来两年里测试这种膜的可行性。

唐副教授表示,该团队制作仿生膜的技术可应用于生物与生物医药研究,这些研究需要将其它生物膜蛋白其独特的特点和功能进行表达和正确地置于合成膜。

该团队目前也同 AWAK Technologies讨论为随身洗肾机设备设计类似的仿生膜。未来的随身洗肾机可能不需要任何吸附剂,体积也可能更小巧轻便。


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