饮用水安全是全世界最严重的健康问题之一,特别是对于相对欠发达地区的人们。饮用被多种污染物(例如重金属离子、持久性有机污染物、药物废物、病毒和微生物病原体1)污染的水可能会导致健康风险。据世界卫生组织(WHO)报道,近20亿人正在使用未经改善的饮用水源或被粪便污染的水。在低收入和中等收入国家,近50万腹泻死亡归因于不安全的饮用水,其中绝大多数发生在5岁以下儿童中。家庭水处理(HWT)是一项重要的公共卫生干预措施,可改善饮用水质量,特别是对于那些依赖未经改善的水源。
与有机污染物不同,水中的重金属离子难以察觉和避免,但对人类构成长期威胁。重金属污染的水与安全的饮用水相比,通常没有明显的区别,但是,每一次摄入都不会降解,而是会在人体中积累。重金属污染的水即使不被人类直接摄取,也会在藻类、贝类和鱼类中积累,然后通过食物链浓缩,最终导致脑病、溶血性贫血甚至癌症等严重疾病。这些全球性问题提醒人们寻找更合适的方法来去除重金属离子对水的污染。
未开发地区优先考虑成本。传统的水处理方法包括离子交换树脂/Zeolite,化学沉淀,电化学处理和反渗透等。后三种处理方法通常是化学、能量和操作密集型的,侧重于大型系统,因此需要大量的资金、工程专业知识和基础设施,所有这些都妨碍了它们在世界大部分地区的使用。离子交换树脂或沸石的成本仅为其他提到的处理25的1/3~1/10左右,使其成为去除重金属离子和其他污染物的最经济技术,如HWT。然而,由于离子扩散缓慢,它通常效率低(60-90%) ,这需要大量负载才能满足高处理速率需求。开发一种有效、低成本、稳健的方法来从源头到使用点对水进行净化,而不会因处理本身进一步给环境带来压力或危害人类健康,这一点非常重要。
在此,研究人员开发了一种简单的HWT过滤装置,该装置由填充在管中的沸石棉(ZCT)制成。沸石棉(ZC)是通过在棉纤维表面生长介孔沸石CHA(mCHA)制备的。ZC杂化材料具有优异的离子交换活性,在重离子去除能力高、流通时间短、操作简便、成本低等方面优于传统的沸石颗粒或沸石粉浸渍棉布。它不仅实现了超过6.5mgg -1 (Cu 2+ )的离子吸附容量,而且实现了84mLday -1 g -1的处理效率,能够将重金属去除至低于5ppb(μgL −1)。流通式过滤器的性能取决于沸石纳米晶体从溶液中选择性吸收重金属污染物的能力。我们还表明,ZCT可通过引入Ag交换的ZC进行消毒,而不会用过量的Ag离子(<0.05ppm)污染水。这些性能参数表明,这种简单的流通式过滤器不仅具有高效率、高容量和净水能力,而且不需要能量输入且易于设置。总之,可以预想ZCT可以成为欠发达地区日常饮用水净化的经济可行的方法。