去除汞汙染的海綿

■美國明尼蘇達大學研發出吸汞能力超強的海綿以對抗污染。

Photos courtesy: Ke Xu, graduate student, CFANS

撰文|方程毅

汞是一劇毒金屬,對人類及環境危害極大。1950年代日本熊本縣水俁市附近居民陸續出現汞中毒症狀,受害者超過萬人,汞汙染的症狀也因而命名為水俁病。1998年台塑也曾在柬埔寨棄置汞污泥,引發軒然大波,這一事件更是喚起一般民眾對汞汙染的警覺(想太多,過幾天就忘了)。但如何處理汞汙水一直讓科學家傷透腦筋。美國明尼蘇達大學雙城分校,食品、農業與自然資源科學學院(University of Minnesota, College of Food, Agricultural and Natural Sciences) Abdennour Abbas教授實驗室研發出一種特殊海綿,能快速吸收水中汞離子,其具生物相容性且通過美國國家環境保護局(EPA, United States Environmental Protection Agency)的標準檢驗流程。實驗結果發表於 Advanced Functional Materials 期刊。

吸收汞的原理是利用「硒」(Selenium)。當硒遇到汞時,由於兩者結合親和力(binding affinity)很強,會形成硒化汞(HgSe),硒化汞穩定無毒且不溶於水,在工業界也已被用於去除蒸氣中的汞。但硒數量稀少且價格昂貴,若不提升其吸附汞的效率便難以實際應用。

為了提升效率,Abdennour Abbas教授將硒利用化學反應附著在PU(Polyurethane)材質的海綿上,當表面含有硒的海綿浸泡到汞離子汙水時,汞便與表面的硒反應,形成硒化汞附著在海棉表面。實驗結果顯示,Hg2+濃度為10mg/L-12mg/L的汙水在經過海綿清潔幾秒鐘後,濃度可低於0.2ng/L,(美國對於飲用水汞濃度的規範為0.2μg/L)。

雖然實驗結果相當令人振奮,但去除汞離子可不單單只是吸附汞那麼簡單,海綿必須對其他元素具有選擇性,不能把雜七雜八的東西通通吸上來,對此研究團隊也針對其他金屬的吸附性進行分析,結果顯示海綿對Ca2+,Na+,K+,P,S等等離子的吸附性都遠低於汞。除此之外,研究團隊也針對生物相容性進行研究,證明海綿對生物體並無顯著影響。

但學術研究常常只是噱頭,沒有實際應用價值。為此研究團隊使用美國國家環境保護局的標準檢驗流程檢驗硒海棉是否符合汞及硒的污染規範。在使用毒性特徵浸出程序(TCLP,Toxicity Characteristic Leaching Procedure)及合成降水溶出程序(SPLP,Synthetic precipitation leaching procedure)的評估後發現硒海棉在吸附汞後釋出的汙染物都遠低於環境保護局的標準,證明這不僅僅是實驗室的玩具,而是真的能實際解決汙染問題。

在明尼蘇達大學發布的新聞稿宣稱,若是位於義大利阿爾卑斯山脈的冰川湖科莫湖(Como Lake)汞濃度高過美國國家環境保護局的標準,只需要一顆籃球大小的硒海綿便足以去除湖中汙染。文中也提及根據美國國家環境保護局的估計,2020年美國工業界用於控制汞汙染的年花費將高達96億美元。若美國境內各地都能夠將汞的濃度控制到現行標準以下,一年可以替美國省下370至900億美金。若能多多研發這類有效且便宜去除汞汙染的方法可以省下大把鈔票,不僅造福人群,也減少開支。

 

原始論文:Ahmed, Snober, John Brockgreitens, Ke Xu, and Abdennour Abbas. "A Nanoselenium Sponge for Instantaneous Mercury Removal to Undetectable Levels." Advanced Functional Materials (2017).

參考資料:

  1. "Super sponge” promises effective toxic clean-up of lakes and more
  2. 台塑汞污泥事件 - 綠色陣線協會

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作者:方程毅 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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