可持續捕獲微汙染物將應用於家庭、工業創新水凝膠助淨化汙水

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2024-01-20

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微汙染物對人類健康、環境有害。圖／網路

MIT研發的兩性離子水凝膠，可輕鬆去除水中的微汙染物。圖／網路

研究人員測試兩性離子分子的正電荷及負電荷。圖／網路

研究人員利用水凝膠，拼湊出「MIT」字母。圖／網路

編譯／韋士塔

微汙染物（Micropollutants , MPs）泛指各種化學物質，主要存在於在一般水源及廢水中，對人類健康、環境有害，如何去除水中的微汙染物也備受關切；目前，清除水中微汙染物的主要方式是利用臭氧將其分解，但成效有限。美國麻省理工學院（MIT）的研究團隊，近來發表一種「兩性離子」（zwitterionic）水凝膠，可輕鬆消除水中的微汙染物，且對環境的衝擊極低。

MIT化學工程系的多伊爾（Patrick Doyle）教授表示，「兩性離子」並不是常見的名詞，這個名詞源自德文「zwitter」，意為「混合體」；兩性離子是指同時具有正電荷、負電荷、總電荷為0、電中性的化合物。

與多伊爾共同進行研究的博士生葛克海爾（Devashish Gokhale），以磁鐵為例子來解釋兩性離子材料：「每片磁鐵都有一個北極與一個南極，它們並存在同一片磁鐵上；兩性離子分子上則有一個正電荷及一個負電荷，以類似的方式相互黏在一起。」

多伊爾表示，自然環境中許多無機微汙染物及一些有機微汙染物，本身帶電，研究團隊希望利用這個特性，使用兩性離子分子來捕獲水中的微汙染物。有機微汙染物主要是碳基分子，包括農藥以及被稱為「永遠的化學物質」的全氟烷基物質及多氟烷基物質（PFAS）。無機微汙染物常見的例子則是鉛、砷等重金屬。

許多微汙染物來自工業生產過程，但因人類活動導致的氣候變遷，也加速微汙染物的擴散。研究人員表示，以加州為例，極端氣候致使森林野火更頻繁發生，野火會燃燒塑膠電纜，將把汙染物帶入自然生態系統。除了氣候變遷，新冠病毒等全球大流行疾病，也會導致環境中有機微汙染物的數量激增，因為疫情爆發期間，藥物用量大幅增加，被丟棄並進入水域的廢棄藥物也隨之增加，這些藥物會產生許多微汙染物。

多伊爾表示，這幾年微汙染物日益受到關注，也促使環境工程及監管規範發生重大變化。

在發表於《自然-水》（Nature Water）期刊的論文，研究團隊解釋如何使用兩性離子水凝膠，以最簡易的程序持續捕獲水中的有機及無機微汙染物。過去，兩性離子分子因防汙特性，常用於製作塗層，用來排斥微生物，減少生物汙垢。

多伊爾與研究團隊成員開發的技術，則使用兩性離子分子作為支架材料或水凝膠內的聚合物鏈。多伊爾指出：「相較於製造水凝膠或聚合物的其他材料，兩性離子分子對水有極強的吸引力。此外，兩性離子分子上的正電荷、負電荷，能降低水凝膠的可壓縮性，使水凝膠更膨脹、堅固及多孔，這個特點對水處理系統非常重要。」

兩性離子水凝膠的研究，已獲得MIT的安利捷水與食品系統實驗室（J-WAFS）提撥基金支持；研究團隊正致力優化技術，讓這項創新技術可商業化，應用於家庭及工業領域。

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