使用肥皂去除水中的微污染物

  微污染物是浓度很低(每升约0.01-100微克)，但可能对生态系统和人类健康有害的污染物。它们来自各种来源，几乎在所有水体中都被发现。例如，人和动物的药物最终会成为供水中的微污染物。更多的微污染物还包括：塑料中浸出的内分泌干扰物双酚A(BPA)，杀虫剂，染料，石化产品中的全氟和多氟烷基物质(通常称为PFAS)，铅和砷等一些重金属等。这些只是微污染物中的一部分，随着时间的推移，所有这些微污染物都可能对人类和动物有毒，可能导致癌症、器官损伤、发育缺陷或其他不利影响。由于微污染物总量小，很难从水中去除。目前，从水中去除微污染物的最常见做法是活性炭吸附。在这个过程中，水通过碳过滤器，仅去除30%的微污染物。活性炭需要高温才能产生和再生，这种再生过程不仅需要专业设备还会消耗大量能源。反渗透受限于微污染的浓度和分子结构也无法实现高效清除。

  在设计如何去除水中微污染物的解决方案时，麻省理工学院的研究人员受到一种常见的家庭清洁用品 - 肥皂的启发。肥皂可以清洁从我们的手和身体到脏盘子到衣服的所有东西，所以也许肥皂的化学成分也可以应用于消毒水。肥皂具有称为表面活性剂的分子，其具有疏水性和亲水性成分。当水与肥皂接触时，表面活性剂的疏水部分聚集在一起，与内部分子的疏水部分组装成称为胶束的球形结构。疏水性胶束芯可捕获并帮助带走污垢等油性物质。

  研究者使用微流体技术在微米级别上处理流体以连续且可重复的含有胶束的水凝胶颗粒。这些水凝胶是多孔和吸收性的，含有表面活性剂，光引发剂(产生反应性物质的分子)和称为PEGDA的交联剂。表面活性剂组装成胶束，使用紫外线与水凝胶化学键合。当水流过这个微粒系统时，微污染物会附着在胶束上并与水分离。系统中使用的物理相互作用足够强，可以从水中吸收微污染物，但又足够弱，水凝胶颗粒可以从微污染物中分离出来，重新稳定并重复使用。实验室测试表明，当掺入水凝胶中的表面活性剂量增加时，污染物去除的速度和程度都会增加。这种技术的再生方法成本低廉且操作简单，只需将胶束浸泡在90%的乙醇中，颗粒就可再生发生同时所有污染物都进入乙醇。

  该研究团队计划制造家庭规模的过滤器。然后，他们预计此技术可以扩大到市政水处理甚至工业废水处理。目前该团队已经为其使用固定胶束的水凝胶技术提交了一项国际专利申请。他们计划通过试验不同种类的水凝胶来继续这项工作，以去除水中的铅等重金属污染物。

  参考来源：

  Gokhale, D., I. Chen and P. S. Doyle (2022). "Micelle-Laden Hydrogel Microparticles for the Removal of Hydrophobic Micropollutants from Water." ACS Applied Polymer Materials 4(1): 746-754.