凈水過(guò)濾裝置的一大問(wèn)題，就是隨著時(shí)間的推移，細(xì)菌會(huì)在材料的表面聚集，導(dǎo)致效果逐漸變差。不過(guò)圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究人員，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種新型過(guò)濾膜。它借助石墨烯來(lái)主動(dòng)殺死細(xì)菌，以減少生物污染。更有趣的是，它還靈活運(yùn)用了細(xì)菌的力量。制造期間，研究人員先將一種含糖物質(zhì)喂給酸醋桿菌(Gluconacetobacter hansenii)。然后，細(xì)菌會(huì)在水中生產(chǎn)納米纖維素。
在纖維增長(zhǎng)的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還加入了氧化石墨烯薄片，以增加濾膜的穩(wěn)定性和耐用性。研究主要合著者之一的 Young-Shin Jun 稱：
“這就像是借助微生物的 3D 打印，我們可以在細(xì)菌的納米纖維素生長(zhǎng)過(guò)程中，添加我們喜歡的任何東西。我們已在不同的 pH 條件下進(jìn)行了觀察。”
與真空過(guò)濾或旋涂制備的濾膜相比，氧化石墨烯生物膜的性狀更加穩(wěn)定。
“在利用完細(xì)菌之后，研究人員又通過(guò)堿溶液，處死了生產(chǎn)纖維素的醋酸桿菌。同時(shí)去除其中的氧基團(tuán)，對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行‘還原’。”
處理后的石墨烯生物膜會(huì)對(duì)光產(chǎn)生反應(yīng)，以殺死粘附在膜上的其它細(xì)菌。
“研究合著者 Srikanth Singamaneni 表示，如果你想借助微生物來(lái)凈水，膜中還原的氧化石墨烯可以吸收陽(yáng)光，加熱濾膜并殺死細(xì)菌。”
為了測(cè)試這種濾膜的殺菌能力，研究人員將之暴露在大腸桿菌之下。
“結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只需三分鐘的光照，就足以將膜加熱到 70°C(158°F)以上，輕松殺死病蟲(chóng)微生物。而在高壓下，滅菌膜能夠以兩倍于普通膜的速度來(lái)濾水。”
作為對(duì)比，如果沒(méi)有還原氧化的石墨烯，制備的濾膜并不能有效殺死大腸桿菌。
“值得一提的是，新工藝的成本相對(duì)較低，有助于數(shù)百萬(wàn)發(fā)展中國(guó)家的人們喝上清潔的飲用水。”
有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》期刊上。原標(biāo)題為：
“《Photothermally Active Reduced Graphene Oxide/Bacterial Nanocellulose Composites as Biofouling-Resistant Ultrafiltration Membranes》”
原標(biāo)題：細(xì)菌織造纖維素：新型氧化石墨烯濾芯制備技術(shù)可高效凈水
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