研究人员想出了一种从水中去除微塑料的新方法

时间:2022年11月15日
来源:Materials Today

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普林斯顿工程学院的研究人员发现了一种将蛋白转化为一种新材料的方法,这种材料可以廉价地去除海水中的盐和微塑料。

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Egg white protein aerogel microscopy image    

图:气凝胶的结构是由石墨烯片在碳纤维网络上拉伸形成的。    

图片来源:Shaharyar Wani

普林斯顿工程学院的研究人员已经找到了一种方法,可以将你的早餐食物变成一种新材料,这种材料可以廉价地去除海水中的盐和微塑料。

研究人员用蛋白制造了一种气凝胶,这是一种轻质多孔材料,可用于多种应用,包括水过滤、储能、隔音和隔热。克雷格·阿诺德,Susan Dod Brown机械和航空航天工程教授,普林斯顿大学创新副院长,与他的实验室合作,为工程应用创造包括气凝胶在内的新材料。

一天,在教职工会议上,他有了一个主意。

“我坐在那里,盯着三明治里的面包,”阿诺德说。“我对自己说,这正是我们需要的那种结构。”因此,他要求他的实验室团队混合碳,制作不同的面包食谱,看看他们是否能重现他正在寻找的气凝胶结构。一开始,它们的效果都不太好,所以该团队在测试过程中不断删除配料,直到最后只剩下蛋清。

“我们从一个更复杂的系统开始,”阿诺德说,“我们不断地减少、减少、减少,直到我们找到它的核心。正是蛋白中的蛋白质导致了我们所需要的结构。”

蛋白是一个几乎纯蛋白质的复杂系统,当冷冻干燥并在无氧环境中加热到900摄氏度时,就会形成一种由碳纤维链和石墨烯薄片相互连接的结构。阿诺德和他的合作者们表明,合成的材料可以分别以98%和99%的效率去除海水中的盐和微塑料。

该论文的第一作者塞默斯·奥兹登(Sehmus Ozden)说:“即使先在炉子上煎一下,或者打一下,蛋白也能发挥作用。”Ozden曾是普林斯顿复杂材料中心的博士后研究助理,现在是阿美石油研究中心的科学家。奥兹登说,虽然最初的测试使用的是从商店购买的普通蛋白,但其他类似的市售蛋白质也产生了相同的结果。

“鸡蛋很酷,因为我们都能接触到它们,而且它们很容易获得,但你要小心与食物循环竞争,”阿诺德说。因为其他蛋白质也起作用,这种物质可以以相对低廉的成本大量生产,而且不会影响食物供应。奥兹登指出,研究人员的下一步是改进制造过程,使其可以更大规模地用于水净化。

如果这一挑战能够得到解决,这种材料将有显著的好处,因为它生产成本低,使用效率高,效率高。“活性炭是最便宜的水净化材料之一。我们将我们的结果与活性炭进行了比较,发现效果要好得多。”与反渗透需要大量的能量输入和多余的水操作相比,该过滤过程只需要重力操作,不浪费水。

虽然阿诺德认为水的纯度是一个“重大的挑战”,但这并不是这种材料的唯一潜在应用。他也在探索与能源储存和绝缘有关的其他用途。

这项研究包括了来自普林斯顿大学和其他地方的化学、生物工程和地球科学系的贡献。“在实验室里制造东西是一回事,”阿诺德说,“理解为什么和怎么做是另一回事。”帮助回答“为什么”和“如何”问题的合作者包括来自化学和生物工程的罗德尼·普里斯特利和a·詹姆斯·林克教授,他们帮助确定了蛋白在分子水平上的转化机制。普林斯顿大学地球科学的同事协助测量水的过滤。

有机金属化合物化学研究所的苏珊娜·蒙蒂和纳米科学研究所和NEST-Scuola Normale Superiore的瓦伦蒂娜·托齐创建了理论模拟,揭示了蛋清蛋白质转化为气凝胶的过程。


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