據(jù)生物幫2019年1月22日訊 世界上超過(guò)十分之一的人缺乏基本的飲用水，到2025年，世界上一半的人口將生活在缺水的地區(qū)，這就是為什么獲得潔凈水是國(guó)家工程院的重大挑戰(zhàn)之一。美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)的工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的膜技術(shù)，可以凈化水，同時(shí)防止生物污染或細(xì)菌和其他有害微生物的積聚，從而減少水的流動(dòng)。

　　他們用細(xì)菌來(lái)制造這種過(guò)濾膜。

      機(jī)械工程與材料科學(xué)教授斯里坎特·辛加曼尼（Srikanth Singamaneni）和能源，環(huán)境與化學(xué)工程教授Young-Shin Jun及其團(tuán)隊(duì)將他們的專業(yè)知識(shí)融合在一起，開(kāi)發(fā)出使用氧化石墨烯和細(xì)菌納米纖維素的超濾膜，他們發(fā)現(xiàn)這種膜具有高效率，持久，環(huán)保。如果他們的技術(shù)規(guī)模擴(kuò)大到大規(guī)模，那么許多發(fā)展中國(guó)家的清潔水資源稀缺可能會(huì)受益。

　　他們的工作成果發(fā)表在1月2日的“環(huán)境科學(xué)與技術(shù)”雜志上。

　　生物污染占所有膜污染的近一半，并且完全根除是極具挑戰(zhàn)性的。Singamaneni和Jun近五年來(lái)共同應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。他們之前使用金納米棒開(kāi)發(fā)了其他膜，但想設(shè)計(jì)一種使用較便宜材料的膜。

　　他們的新膜開(kāi)始于給予漢遜酵母細(xì)菌含糖物質(zhì)，使其在水中形成纖維素納米纖維。然后，研究小組將氧化石墨烯(GO)薄片加入到細(xì)菌納米纖維素生長(zhǎng)過(guò)程中，基本上將GO捕獲在膜中，使其穩(wěn)定耐用。

　　摻入GO后，用堿溶液處理膜以殺死葡萄糖醋酸桿菌。在此過(guò)程中，GO的氧基團(tuán)被消除，使其降低GO。當(dāng)團(tuán)隊(duì)將陽(yáng)光照射到膜上時(shí)，減少的GO片立即產(chǎn)生熱量，熱量會(huì)消散到周圍的水和細(xì)菌納米纖維素中。

　　具有諷刺意味的是，由細(xì)菌產(chǎn)生的膜也可以殺死細(xì)菌。

　　“如果你想用微生物凈化水，膜中還原的氧化石墨烯可以吸收陽(yáng)光，加熱膜并殺死細(xì)菌，”Singamaneni說(shuō)。

　　Singamaneni和Jun及其團(tuán)隊(duì)將膜暴露于大腸桿菌細(xì)菌，然后在膜表面照射光。在用光照射僅3分鐘后，大腸桿菌死亡。該團(tuán)隊(duì)確定膜快速加熱到70攝氏度以上，這是惡化大腸桿菌細(xì)胞壁所需的。

　　當(dāng)細(xì)菌被殺死時(shí)，研究人員使用了一種原始膜，其中含有高質(zhì)量的納米纖維素纖維，能夠在高操作壓力下將水過(guò)濾速度提高到商用超濾膜的兩倍。

　　當(dāng)他們?cè)谟杉?xì)菌納米纖維素制成的膜上進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)而沒(méi)有減少的GO時(shí)，大腸桿菌細(xì)菌保持存活。

　　“這就像是用微生物進(jìn)行3D打印，”Jun說(shuō)。“我們可以在細(xì)菌納米纖維素生長(zhǎng)過(guò)程中添加我們喜歡的任何東西。我們?cè)诓煌膒H條件下觀察它與我們?cè)诃h(huán)境中遇到的情況類似，與通過(guò)真空過(guò)濾或旋涂制備的膜相比，這些膜更穩(wěn)定氧化石墨烯。“

　　雖然Singamaneni和Jun承認(rèn)在傳統(tǒng)的反滲透系統(tǒng)中實(shí)施這一過(guò)程很費(fèi)力，但他們提出了一種螺旋纏繞模塊系統(tǒng)，類似于一卷毛巾。它可以配備LED或一種納米發(fā)電機(jī)，利用來(lái)自流體流動(dòng)的機(jī)械能產(chǎn)生光和熱，這將降低總成本。