来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家与瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich, ETHZ)合作，用生产植物油的废弃副产品制造了一种膜，可以过滤污染水中的重金属。
该研究团队由材料科学与工程学院、生物科学学院的Ali Miserez教授和南洋理工大学ETHZ健康科学与技术系客座教授Raffaele Mezzenga领导，他们发现从花生或葵花籽油生产副产品中提取的蛋白质可以非常有效地吸引重金属离子。
在测试中，他们表明这种被称为吸附的吸引过程能够将被污染的水净化到符合国际饮用标准的程度。
研究人员的膜有潜力成为一种廉价、低能耗、可持续和可扩展的方法来净化水中的重金属。
米泽雷兹教授说:“在世界许多地区，水污染仍然是一个重大的全球性问题。重金属是一大类水污染物，可以在人体内积聚，导致癌症和诱变疾病。目前去除它们的技术是能源密集型的，需要电力来运行，或者对过滤的内容有高度的选择性。”
“我们的蛋白质膜是通过绿色和可持续的过程制造的，运行所需的电力很少，甚至不需要，这使得它们在世界各地，特别是欠发达国家都可以使用。我们的工作使重金属成为一种音乐类型，而不是饮用水中的污染物，”米泽雷教授说。
该团队的研究结果发表在今年4月的《化学工程杂志》上。他们的研究重点是实现水安全，这与南洋理工大学2025年战略计划和大学减轻人类对环境影响的目标是一致的。
将蔬菜油籽粕转化为水过滤器
商用家用植物油的生产会产生被称为油籽粕的废弃副产品。这些是从原料植物中提取油脂后残留下来的富含蛋白质的残留物。
ntu领导的研究小组使用了两种常见植物油葵花籽油和花生油制成的油籽粕。研究小组从油籽粕中提取蛋白质后，将其制成纳米级的蛋白质淀粉样纤维，这是由紧密缠绕的蛋白质组成的绳索状结构。这些蛋白原纤维被重金属吸引，就像一个分子筛，在重金属离子经过时将其捕获。
一公斤油籽粕能产生大约160克蛋白质。
该论文的第一作者、南洋理工大学博士生Soon Wei Long先生说:“富含蛋白质的向日葵和花生粕是低成本的原材料，从中可以提取、分离蛋白质，并自组装成功能性淀粉状原纤维，以去除重金属。这是首次从向日葵和花生蛋白中获得淀粉样原纤维。”
研究人员将提取的淀粉样原纤维与活性炭(一种常用的过滤材料)结合起来，形成一种混合膜。他们在三种常见的重金属污染物——铂、铬和铅——上测试了他们的薄膜。
当被污染的水流经膜时，重金属离子会附着在淀粉样蛋白纤维的表面——这个过程被称为吸附。淀粉样原纤维的高表面体积比使其能有效吸附大量重金属。
研究小组发现，他们的膜可以过滤99.89%的重金属。在测试的三种金属中，过滤器对铅和铂最有效，其次是铬。
米泽雷斯教授说:“这种过滤器可以用来过滤任何种类的重金属，也可以用来过滤有机污染物，比如PFAS(全氟烷基和多氟烷基物质)，这是一种广泛用于消费和工业产品的化学物质。”“淀粉样原纤维含有氨基酸键，可以将重金属颗粒夹在中间，让水通过。”
研究人员表示，受污染水中重金属的浓度将决定该膜能过滤掉多少水。用向日葵蛋白淀粉制成的混合膜只需要16公斤的蛋白质，就可以将相当于一个奥运会大小的游泳池的体积的铅过滤到饮用水中，而这个游泳池的铅含量为400ppb。
Soon先生说:“这个过程很容易扩展，因为它简单，使用化学试剂最少，指向可持续和低成本的水处理技术。”“这使我们能够对废物进行再加工，以便进一步应用，并充分利用不同的工业食品废物，开发出有益的技术。”
被困的金属也可以被提取并进一步回收。过滤后，用来捕获金属的薄膜可以简单地烧毁，留下金属。
米泽雷兹教授说:“虽然铅或汞等金属有毒，可以安全处理，但其他金属，如铂，在制造电子设备和其他敏感设备方面有价值的应用。”
“回收每公斤价值3.3万美元的珍贵铂，只需要32公斤蛋白质，而回收每公斤价值近6万美元的黄金，只需要16公斤蛋白质。考虑到这些蛋白质是从工业废料中获得的，其价值不到每公斤1美元，因此具有很大的成本效益。”
可持续、低功耗过滤
该论文的合著者Raffaele Mezzenga教授曾在2016年发现，源自牛奶的乳清蛋白具有类似的金属吸引特性。
研究人员意识到，蔬菜油籽粕中的蛋白质也可能具有类似的特性。他们的实验表明，这些蛋白质不仅同样有效，而且更便宜、更可持续，因为它利用了废物，否则会被丢弃或用作动物饲料的食物。
研究人员说，另一个很大的优势是，这种过滤需要很少或不需要能量，不像其他方法，如反渗透需要电力。
Mezzenga教授说:“对于我们的薄膜，重力完成了大部分或全部工作。”“这种低功率过滤方法在电力有限的地区非常有用。”

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