先看一組國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)：2015年全國工業(yè)廢水排放總量為199.5億噸，其中廢水中的重金屬如砷、總鉻和鉛排放量近百噸。
數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局
重金屬主要來源于工業(yè)污染，包括重金屬離子、金屬氰化物和核廢料等。水中的重金屬污染會對人造成巨大的危害，重金屬污染事件也屢見不鮮。
現(xiàn)有的處理技術(shù)包括化學(xué)沉淀、吸附劑或離子樹脂、膜過濾等。但是這幾種方法都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。如化學(xué)沉淀法效果可達(dá)99%，但是會導(dǎo)致二次污染、價格昂貴且只能處理較高濃度重金屬溶液;吸附劑或離子樹脂價格昂貴，且只適用于小體積的廢水;膜過濾有較多的變種如膠束增強(qiáng)超濾、聚合物增強(qiáng)超濾、反滲透和納濾等，在理想的pH和濃度下效果達(dá)到99%，但是由于費(fèi)用較高、膜污染和流速等原因，在目前的工業(yè)環(huán)境下也不實(shí)用。
科研人員的研究集中于可以自裝配吸附劑的新型膜，期待可以快速有效的凈水，但是都面臨一個重要的問題：重金屬離子去除中的特異性。即處理某個指定的重金屬離子效果較好，但是處理其他種類的重金屬時效果不好。更重要的是，同時處理多種金屬離子效率很低，且在料液條件未達(dá)到理想的pH和濃度時效率大幅降低。
一篇Paper
本篇文章主角登場了，2016年瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)的Raffaele Mezzenga教授和高級研究員Sreenath Bolisetty在Nature Nano上報道了一種可以有效去除水中重金屬離子、細(xì)菌和放射性廢物的雜化膜。這種用蛋白質(zhì)淀粉樣纖維(protein amyloid fibrils)和活性多孔碳制備的雜化膜在每次過濾時，金屬離子濃度降低三到五個數(shù)量級，且該過程可以重復(fù)多次。值得注意的是，當(dāng)同時過濾幾個離子時，它們的效率保持不變。同時可以回收污染物中的重金屬，制作簡便，pH要求寬泛，且配方可以調(diào)整為水純化或金屬回收膜。
這篇文章登上了Nature Nano 2016年4月刊的封面，“點(diǎn)水成金”，《Amyloid–carbon hybrid membranes for universal waterpurification》，DOI: 10.1038/NNANO.2015.310
蜂擁而至的咨詢
面對如此吸引人的成果，研究人員收到了來自全球洶涌般的咨詢：從普通的市民到礦業(yè)公司、電廠等。不堪其擾下，他們想到為什么不辦個公司呢?于是在2016年五月，Mezzenga和Bolisetty在投資下成立了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的衍生企業(yè)(spin-off)——BluAct科技有限公司(BluAct Technologies GmbH)。Bolisetty兼任CEO和首席技術(shù)官，Mezzenga則退居幕后作為股東和科學(xué)顧問。
從他們公司的網(wǎng)站可以看出，還是簡單的技術(shù)介紹，更多的內(nèi)容需要補(bǔ)充。據(jù)說BluAct已經(jīng)制備出第一批工業(yè)尺寸的膜，且在90多個國家用創(chuàng)業(yè)資金注冊了專利。Mezzenga表示雖然這些步驟非常復(fù)雜和麻煩，但是由于他們的技術(shù)非常簡便，很容易被模仿。
目前膜生產(chǎn)外包給了合作伙伴，BluAct主要負(fù)責(zé)確保產(chǎn)品的質(zhì)量符合相關(guān)的規(guī)定。作為首席技術(shù)官，Bolisetty將對現(xiàn)場生產(chǎn)商進(jìn)行監(jiān)控和篩選，他笑著坦誠：“看來以后我需要經(jīng)常出差了”。
BluAct的計劃是將膜裝入現(xiàn)有的壓濾機(jī)系統(tǒng)中，用以取代現(xiàn)有的過濾器。已經(jīng)和ISL Group簽訂了第一個合約，分發(fā)利用BluAct技術(shù)開發(fā)的飲用水瓶。通過非政府組織和國家當(dāng)局，這些瓶子將分發(fā)給在亞洲、非洲和拉丁美洲那些無法獲得清潔飲用水的人們。 Mezzenga教授強(qiáng)調(diào)：“這是一個非常接近我們心中的人道主義項(xiàng)目。”為了確?；旌线^濾器也能送到最貧窮的人的手中，BluAct正在與各級地方當(dāng)局合作。例如，在印度的安得拉邦，已經(jīng)為建造一個設(shè)施騰出了地方。
兩個年輕企業(yè)家的目標(biāo)是從諸如采礦業(yè)等大型的工業(yè)公司相關(guān)方賺錢，因?yàn)檫@種膜用于水處理的潛在用途幾乎沒有限制。原型膜只有3mm厚，但原則上可以制成任何尺寸，從用于家用過濾器到工業(yè)應(yīng)用。此外，可以將多個膜彼此放置或串聯(lián)布置以處理大量的水。以這種方式，應(yīng)該可以建造出能夠每小時處理10萬升水的過濾設(shè)備。
許多潛在應(yīng)用
BluAct正在向許多礦業(yè)公司推廣此技術(shù)。目前一個處理歐洲核電廠污染的經(jīng)營者正在測試此膜，因?yàn)榭梢圆东@放射性鈾，用來凈化放射性的水。還包括電廠、農(nóng)業(yè)、私人家庭應(yīng)用等。
尋求投資
為了發(fā)展和拓展公司的業(yè)務(wù)，Bolisetty和Mezzenga需要更多的投資者。而對于公司未來發(fā)展的猜想，他們都不愿意說。Bolisetty說：“凈水市場在全球范圍都非常重要，但是我們也不知道我們公司會發(fā)展的怎樣。我們目前傾盡全力發(fā)展BluAct，將這項(xiàng)技術(shù)引入到所有可能的水行業(yè)中”。
砷去除
《Efficient Purification of Water from Arsenic by Amyloid-CarbonHybrid Membranes》發(fā)表于Chemical Communications雜志，DOI:10.1039/C7CC00406K
在發(fā)表于Chemical Communications雜志最近的一篇文章中，他們開發(fā)的混合過濾器能夠有效地捕獲亞砷酸鹽和砷酸鹽，效率達(dá)99%，并可以從水中清除幾乎所有的痕跡。此外膜可以在幾個過濾循環(huán)中重復(fù)使用，而不會降低效率。
ETH的研究人員通過測試從危地馬拉湖附近地區(qū)獲取的實(shí)際污染飲用水來證明該技術(shù)的有效性。這個地區(qū)是以火山巖為特征，地下水中含有高含量的砷和汞。當(dāng)?shù)氐娘嬘盟畼悠分泻械纳楹扛哌_(dá)80mg/L，這是世界衛(wèi)生組織(WHO)推薦量的10倍。
Mezzenga教授認(rèn)為這項(xiàng)研究是一項(xiàng)突破：“因?yàn)槲覀兪盏降脑S多咨詢都涉及砷。但在此之前，我們在實(shí)驗(yàn)室中沒有考慮到這一因素。我們特別高興的是我們的新膜也可以在現(xiàn)場條件下去除這種有毒物質(zhì)?！?/p>
接下來的步驟包括通過Mezzenga教授的實(shí)驗(yàn)室和危地馬拉大學(xué)維多利亞山脈大學(xué)阿蒂特蘭研究中心(UVG)之間的合作項(xiàng)目，將這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用于危地馬拉的國內(nèi)過濾器。為這些家庭提供相對低成本的解決方案將大大減少長期接觸砷的風(fēng)險。
來源:膜分離技術(shù)交流 作者:陶振
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