不斷增長的飲用水需求催生了對低能耗、具成本效益的水凈化方法的需求。受到紅樹植物根系和人類腎臟等自然水凈化系統(tǒng)的啟發(fā)，新加坡國立大學(xué)(國大) 環(huán)境研究所(NERI)的一組研究人員開發(fā)出了一種新型仿生薄膜，能夠低壓凈水，從而降低能源成本。這種新技術(shù)有可能將水凈化成本降低多達30%。
當今凈水行業(yè)面臨高能源成本重大挑戰(zhàn)，這些成本主要來自于目前所使用的薄膜系統(tǒng)，用于將鹽水凈化成清水。工業(yè)水凈化過程成本高昂，因為它們需要較高的液壓或滲透壓來推動水分子通過膜過濾系統(tǒng)。
該團隊由國大化學(xué)與生物分子工程系唐彥華副教授帶領(lǐng)，團隊已經(jīng)設(shè)計和構(gòu)建了一個高效的采用了水通道蛋白的新型水凈化和處理系統(tǒng)。水通道蛋白是能夠選擇性地將水分子導(dǎo)入和導(dǎo)出細胞的膜蛋白，阻止離子和其它溶質(zhì)的通過。
還被稱為活細胞膜水道的水通道蛋白已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是大自然水凈化系統(tǒng)的功能單位。這些通道提供了自然中膜結(jié)構(gòu)的例子，讓大量水分子能夠在非常低的壓力下通過很小的表面范圍，留下鹽等雜質(zhì)。
有了水通道蛋白，已經(jīng)適應(yīng)在鹽水中生存的紅樹植物能夠過濾掉根部90%到95%的鹽分，而人的腎臟每天可凈化150升水。
該團隊在世界上率先成功將水通道蛋白的蛋白質(zhì)放置在聚合物膜上，作為通道，能夠在低壓力和低能耗的情況下僅讓水快速通過。
唐副教授解釋說：“仿生膜的構(gòu)造模擬了紅樹樹木根部的細胞層，用創(chuàng)新、簡單且易于使用的表面印跡技術(shù)，將納米級的水通道蛋白囊泡嵌入一個穩(wěn)定的功能性超濾基膜。我們發(fā)現(xiàn)，所生成的水通道蛋白仿生膜讓水能夠更快速地通過，并且鹽的泄露率比沒采用水通道蛋白的膜要低。”
與比較脆弱的傳統(tǒng)仿生膜不同，新膜在水過濾期間具有較高的的機械強度和穩(wěn)定性。這使它適用于水處理和海水淡化等工業(yè)用途。對大眾而言，這可能意味著在不遠的將來能夠以更低的成本更好地供應(yīng)飲用水。
該團隊目前正在與一家美國公司探討進行實驗性測試，在未來兩年里測試這種膜的可行性。
唐副教授表示，該團隊制作仿生膜的技術(shù)可應(yīng)用于生物與生物醫(yī)藥研究，這些研究需要將其它生物膜蛋白其獨特的特點和功能進行表達和正確地置于合成膜。
該團隊目前也同 AWAK Technologies討論為隨身洗腎機設(shè)備設(shè)計類似的仿生膜。未來的隨身洗腎機可能不需要任何吸附劑，體積也可能更小巧輕便。
引自蓋德化工網(wǎng)，轉(zhuǎn)載請注明出處。
