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碳纳米管在饮用水处理中的应用 -Nanomesh技术与产品

发布日期:2016-03-24  来源:互联网  浏览次数:
很多业界人士对目前市场上现有的净水,纯水系统颇有微言,可总结为12个字“技术参差不齐,设备良莠不分”。

水乃生命之源,随着世界范围内城市化和工业化进程的加快,全球水质不断恶化,水问题越来越突出,人们如何获得足够高质量的饮用水成为人类面临的重大课题。水问题是全球性的,同时它又是局域性的。不同地方的水问题并不完全一样。如何针对具体的水源,确定相应的解决方案,开发相应产品才是真正解决饮用水问题的最终答案。

传统饮用水处理技术大都是针对水中存在的某一特定问题发展起来的,如果直接将其用来处理越来越复杂的水问题,势必发现它们会存在着各式各样的缺陷,带来一系列不可预见的问题。而这些问题又无可避免的会对人体健康产生不利影响。在传统的消毒技术方面,这个问题表现得尤为突出。很多传统的消毒技术在对饮用水消毒的同时,将产生对人体有害的物质,长期饮用可以导致癌症等多种疾病。可以说,这与我们身边癌症病例的增多不无关系。

很多业界人士对目前市场上现有的净水,纯水系统颇有微言,可总结为12个字“技术参差不齐,设备良莠不分”。一方面是由于生产厂家经营理念的问题,另一方面,是现在所要处理的水越来越复杂,并不是简单的传统技术的拼凑就可以有效地确保用户喝到安全的饮用水,开发快捷、有效、节能、安全的饮用水净化产品已迫在眉睫。只有我们更加努力地去开发新技术、新产品,才能够最大限度地实现现有水的利用和再利用,满足用户的饮用水需求。大量研究表明:纳米材料和技术以其独特的结构性能和技术特点可避免传统技术的种种不足,有潜力成为水净化技术中新的亮点。可以预见:纳米技术将在水处理的膜滤系统、消毒灭菌、去除重金属、以及去除多种有毒和有害化学物质起到不可低估的作用。

为了发展一种简单的,可以在不使用化学物质、紫外线、臭氧、电和热的情况下实现清洁直饮水的方法,美国国家航空航天局和美国国防部于2004年资助了美国佛蒙特州的赛尔登技术公司,目的是对以纳米材料为基础的水净化技术进行了研究,开发专利Nanomesh™过滤技术,用以提高水的净化效率为载人航天器提供直饮水。所谓Nanomesh过滤技术是采用碳纳米管做成复合过滤介质来净化水。此处的复合介质材料是以碳纳米管为基础,将碳纳米管与其它过滤介质相结合所制造的新型过滤介质。它结合了碳纳米管和其它过滤介质的优势,具有极好的过滤和吸附性能。所谓碳纳米管,它的发现一直是一个具有争议的话题。它首次发表在世界排名第一的杂志《自然》》上是1991年。其结构是一种中空的管状纤维结构,直径通常在1—50纳米,长度与直径的比可以达到几千倍。目前用的较多的地方是作为塑料添加剂,增强塑料的导电特性。本文所介绍的Nanomesh复合过滤介质是利用了碳纳米管的表面吸附性能,它能有效去除水中的细菌,病毒和孢囊,使过滤后的水达到美国环保局的饮用水标准。这个技术集吸附效应和筛滤效应为一体,使得最基本的过滤技术发生了根本性的改变。在2008年,此项技术当选为美国航天局50项重大技术之一,被发表在“美国航空航天50年——衍生技术(1958年至2008年)”一书中。目前国际上还有一种方法使用碳纳米管进行水过滤,它是利用碳纳米管的细小内径和内壁光滑等特点,将碳纳米管全部平行排列,利用所有的碳纳米管内的细小的中空结构来进行过滤。理论和实验结果都证明这样的过滤效果很好,很可能成为下一代绿色节能的海水除盐技术。但它仍处于实验室阶段,离实际应用尚有很长一段距离。

为了让读者更清楚地认识碳纳米管复合过滤介质与传统过滤技术的区别,在此我们将本技术与传统的反透膜技术和活性炭技术相比较。传统的反透膜技术是一种纯粹的过滤技术。它最初是由于六十年代美国政府推动海水淡化而发展起来的。这种膜的孔径尺寸可以小到埃(一个头发丝直径的万分之一大小)的量级,可以将钠离子,重金属离子以及很小的颗粒如细菌,病毒,孢囊等污染物从水中除去。多年来,对反渗透技术的不断改进使其在工业水处理,海水淡化和家庭直饮水等方面都有了极其广泛的应用。该技术在今天已经成为水处理领域内事实上的标准,被列为20世纪最有影响力的6项先进技术之一。然而,它虽然是一个伟大的工业化的技术,但在小规模、间歇性,如家庭直饮水方面的应用中还是显现出了一些缺点。大多数家庭反透膜直饮水系统是一个单膜系统,它在产生20%高质量的水的同时,也要产生80%的废水。 同时,反渗透膜还需要一个大约6个大气压或更高的压力才能使系统正常工作。此外,由于典型的家庭直饮水反渗透膜系统每天只能生产不超过300升的饮用水,每分钟的流量大约在200毫升,不足以满足消费者的需要,因此需要一个储水罐,以保存处理过的水。存储再加上间歇性使用并不是该项技术应用的优化条件,它会导致结垢以及微生物的生长。单纯反透膜过滤的水的味道并不是很好,特别是在有一段时间不用的情况下,味道会更糟。如果要克服这些缺点,整个系统的设计就会变的很复杂,不易使用和维护。活性碳用于饮用水已由来已久,因为其巨大的比表面积和优质的吸附性能而备受亲睐。然而活性碳的比表面积大部分是在活性炭颗粒的内部,吸附速度将受到很大影响。由于活性炭本身没有抑菌性能,在使用过程中,不可避免的成为细菌的污染源。采用Nanomesh技术所生产出的过滤介质是一种复合型的,一方面碳纳米管在这个复合介质当中形成了相对紧凑的筛孔,具有较好的过滤性能,同时由于碳纳米管的巨大比表面积完全来源于它的外部,不但能够有效地吸附细菌,病毒等杂质,而且较活性炭对杂质的吸附更为迅速。毋庸置言,碳纳米管还有抑菌性能,在去除细菌,病毒的同时,还可抑制细菌,病毒等微生物的生长,可以达到彻底除菌的目的。最近,国际和国内专家在许多著名科技杂志上发表的论文、评论文章也都证实了碳纳米管的这些优异性能。

到目前为止,在全球范围内,数以千计的基于Nanomesh过滤介质的过滤芯或系统通过了美国环保局/美国卫生基金会P231的标准测试:无论是单个过滤芯或多个过滤芯组成的系统,均达到去除99.9999%的细菌,99.99%的病毒和99.9%的孢囊的目标。数据显示:单独使用Nanomesh滤芯能够捕获并灭活4.71x1010细菌和2.90x1011病毒。如果使用一个二级系统:包括一个Nanomesh主过滤芯和一个Nanomesh预过滤芯,它们能够捕获并灭活2.43x1011的细菌和1.53x1012病毒。成千上万的滤芯和过滤系统已应用到包括家庭直饮水系统内的水处理系统。这种简单的系统具有较其它复杂系统更优越的性能:在保留对人体有益的矿物质和微量元素的同时,有效去除细菌病毒等微生物以及重金属污染。这项新的水处理技术已全面通过了在中国卫生部的测试。这些测试不仅包括了微生物去除的功能性检测及材料安全性浸泡检测,而且包括一项只针对新技术、新材料的毒理学测试。结果证明,这项技术完全符合卫生部对涉及饮用水产品的各项要求。为此中国卫生部于2012年4月6日给Nanomesh技术颁发了《中华人民共和国卫生部进口涉及饮用水卫生安全产品卫生许可批件》。现在赛尔登公司已完全做好了准备,愿与国内外合作伙伴一起将产品和过滤系统带给中国的消费者,为广大用户提供安全,可口的饮用水。它的目标市场将覆盖军事、灾害救援和应急,以及旅行、办公、工业和家庭直饮水等等。

 

公司简介

“Seldon Technologies offers safe, reliable and simple water purification products that exceed USEPA Drinking Water Standards without chemicals, heat, waiting time or the need for power. Our patented Nanomesh™ technology has China Ministry of Health approval, offers a fundamental advancement in water purification and ensures the highest quality water at the final point-of-use. In addition, the China Ministry of Health has also approved our Seldon Main Filter which allows OEMs to quickly incorporate our Nanomesh technology into their products.”

 

赛尔登技术公司在无需化学品、热、电以及等待时间的情况下将提供给你简单、安全、可靠、超过美国环保局所规定的饮用水标准的净水产品。具有专利保护的,并获得中国卫生部批准的Nanomesh技术是对水净化技术的本质提高,可以保证提供最高质量的终端饮用水。中国卫生部还批准了赛尔登的主过滤芯,这可以使得各位合作伙伴能够很快地将我们的Nanomesh技术集成到你的产品中。

 

文 赛尔登技术公司张海峰

关键词: 纳米,饮用,水处理,中的,应用,-Nanomesh,技术,产
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