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  萊斯大學(xué)的研究人員們發(fā)明了一種新的“纖維墊”，它的神奇之處是可以吸附并破壞水中的污染物。這種“凈化器”由嵌入聚合物纖維中的二氧化鈦納米粒子組成。測(cè)試中，研究團(tuán)隊(duì)證明了這種材料確實(shí)可以吸附污染物。不過(guò)用的不是水，而是將二氧化鈦納米顆粒暴露在紫外線下，才能消滅污染物。與其它系統(tǒng)相比，這種設(shè)計(jì)更加快速、安全、且節(jié)能。

實(shí)際上，二氧化鈦是一種相當(dāng)高產(chǎn)的凈化材料。

  當(dāng)暴露在紫外光下的時(shí)候，它可以成為光催化劑，釋放出活性氧（ROS）來(lái)分解污染物。多年來(lái)，這種能力已經(jīng)被應(yīng)用于微流體過(guò)濾器、建筑吸煙面板、以及讓我們可以在陽(yáng)光下晾曬衣物的織物涂層。

  本例中，二氧化鈦納米顆粒被嵌入高滲透聚乙烯纖維板中，以清除和殺死干擾物。鑒于纖維本身的疏水性（防水），意味著它們不會(huì)吸收水分、但是會(huì)吸走污染物。

  在這些墊子吸附了污染物之后，再用紫外光對(duì)其進(jìn)行照射，即可觸發(fā)破壞污染物的光催化反應(yīng)。二氧化鈦早已在水處理中使用，但通常需要將大量的原料添加到廢水中（形成泥漿）。

在嵌入的二氧化鈦納米顆粒開(kāi)始破壞污染物之前，纖維墊可以先行吸附。

  完成光催化這個(gè)步驟之后，處理過(guò)的水需要再?gòu)哪酀{中濾出，結(jié)果既困難又低效。研究作者之一的 Pedro Alvarez 表示，當(dāng)前的光催化處理在效率上有兩大限制：

• 首先，產(chǎn)生的氧化劑比目標(biāo)污染物要豐富得多，所以無(wú)法破壞污染物。

• 其次，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和金錢(qián)來(lái)保持和分離漿狀的光催化劑，防止其泄露到處理過(guò)后的水中。

  在某些情況下，過(guò)濾泥漿的能源成本，甚至遠(yuǎn)超紫外光所需。有鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)固定催化劑來(lái)化解，讓它易于重用和保留 ——“我們不允許它從墊子里濾出并影響到水”。

二氧化鈦納米顆粒進(jìn)入了紡織物的氣孔

  除了速度更快，研究人員還稱新技術(shù)可以節(jié)省更過(guò)的能源，尤其是應(yīng)付更臟的水的時(shí)候。從蒸餾水到水處理工廠的廢水，纖維墊只需增加兩倍的能量。（相比之下，漿液需要 11 倍）

  如果污染太厚、紫外光難以抵達(dá)納米顆粒所在的位置，新技術(shù)也支持兩步處理。Alvarez 表示，如果水渾濁，那么光的滲透會(huì)是一種挑戰(zhàn)，這就很有必要了：

  你可以把被墊子吸附的污染物清除掉，接著把它轉(zhuǎn)移到另一個(gè)有干凈水的反應(yīng)堆里，然后將污染物破壞掉、把墊子清理干凈、再拿回來(lái)繼續(xù)使用。

  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)》（Environmental Science and Technology）期刊上，原標(biāo)題為《Porous electrospun fibers embedding TiO2 for adsorption and photocatalytic degradation of water pollutants》。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b06508