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设计自驱动微机器人实现微纳塑料去除

稿件来源:中国科学报 朱汉斌 责任编辑:ICAC 发布时间:2022-11-21

  近日,暨南大学化学与材料学院副教授王吉壮、教授李丹团队与香港大学教授唐晋尧团队合作,设计出一种基于离子交换获得自驱动力的微机器人(SMR),用于去除水体中的微纳米大小的塑料(统称微纳塑料)颗粒。相关研究发表于《科学进展》。

  近年来,微纳塑料污染已成为全球陆地和海洋生态系统的巨大威胁。人类急需开发新型高效的处理技术来解决微纳塑料污染问题。微纳机器人又称人工活性胶体,利用它实现微塑料去除,可以为环境保护开辟一条新途径。

  该工作中,研究人员设计出的SMR可用于去除水体中的微塑料和纳米塑料。SMR由超顺磁性四氧化三铁纳米粒子功能化的离子交换树脂微球组成,利用与环境中杂质离子交换的能量实现自驱动,无须额外能量输入,同时扩散泳引起的长程电渗流大大提高了对微纳塑料的吸附范围,从而实现了水体中微纳塑料的高效吸附去除。

  SMR无须设计非对称结构,大大降低了制备成本;同时长程吸附能够拓展动态吸附范围,提高吸附去除效率;材料具有非常高的循环稳定性,在100次循环处理中显示了超过90%的去除效率。

  该研究设计的SMR具有工艺放大的可行性。在模拟的微型工厂中,SMR可通过磁铁进行收集和转移,并且与现有的污水处理工艺直接耦合,仅需增加正常污水处理成本的1.5%,具有极大的工业应用潜力。在这个微型装置中,微纳塑料污染水可持续进入吸附池被SMR吸附,然后在脱附池进行微纳塑料的洗脱和富集。在未来的实际工业应用中,也可设计通过电磁铁进行SMR的收集与转移,通过可编程自动化控制系统,促进整个处理流程的优化。

  该研究设计的基于微纳机器人的动态吸附技术具有结构简单、可大规模制备、成本低、无须化学驱动“燃料”输入以及可工艺放大等优势,为工业化去除、分离微纳塑料提供了一个极具应用潜力的全新策略。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1731

  
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