■记者 袁一雪
将水净化，往往需要过滤技术，不过依赖于机械过滤器或者过滤膜来去除污染物随着时间推移，滤网或滤膜上的污染物累积得越来越多，导致过滤设备阻塞而不得不经常更换。
近日，美国普林斯顿大学的研究人员开发出新型水过滤技术，它不需要任何过滤器，而是依靠注入二氧化碳气体来改变水的化学性质，根据电荷分离废物颗粒，并将相关论文发表于《自然—通讯》。
论文中提到的这套净化系统由硅橡胶管组成，一端分为两个通道。加压后的二氧化碳可以通过硅橡胶渗透到水中，并与水混合，使其变为微酸性并产生带电的离子和分子。这些离子中包括带正电荷的氢离子以及带负电荷的碳酸根分子。这些离子和分子在水中运动时产生电场，于是被吸引到硅橡胶管的一端，而没有电荷的过滤水在其自身的通道中继续前进。最后，过滤好的水流过一个通道，废物颗粒流过另一个通道。
可改变水的pH值
“一般来说，二氧化碳常用于改变水的风味，还可以起到抑菌的作用。因为二氧化碳加入水中后让水pH值呈偏酸性，水中氧气变少，让细菌失去可存活的环境，进而被消灭。在污水处理时，加入二氧化碳后，还可以加速水中某些污染物的沉淀。”北京公众健康饮水研究所所长李复兴告诉《中国科学报》记者。
2009年，瑞士籍华人地质学家、美国科学院院士许靖华就曾经提出过让二氧化碳与污水结合，因为二氧化碳融入水中可以促进水的酸化，并且降低其pH值。这样就从根本上抑制了不适宜酸性环境的蓝藻、绿藻等污染藻类的生长。
这次新的发现除了二氧化碳可以将水变为微酸性，研究人员还表示胶体粒子的扩散泳可以被进入水中的二氧化碳溶解，而且它的溶解将产生浓度梯度。利用这一原则，研究人员进一步发现二氧化碳溶解带来的定向运动，只通过非常低的能耗就能将粒子分离。更重要的是，二氧化碳在溶于水之后具有环境友好性，也容易从水中被分离。
正是这些优势，让二氧化碳分解技术在发展中国家更有应用前景，它可以用于清洁被细菌和污垢颗粒污染的池塘和河水，还可以用于植物脱盐，以去除植物中的病毒和细菌。
属于空化技术
近年来，空化技术生态有效去除有机污染物的方法，特别是去除小分子有机化合物的方法日益受到关注。“二氧化碳净化水的方法，与空气净化、氯气净化以及氢气净化等方法，都属于空化技术。”李复兴介绍道。
李复兴表示，空化技术主要通过负压，把空气或其他气体变为纳米级气泡与水混合，气泡在水中破裂时瞬间产生高温并产生电子，将水中的有机污染物分解为二氧化碳和水，同时可以杀死水中的污染物。但因为气泡极小，不会让水温大幅提升。
而且，在空化技术中，气体不同，所产生的效果也不同。“氧化性越高的空化效果越明显。其中氧化性最高的是氯气和臭氧。二氧化碳的氧化性稍差。”李复兴阐述道。他进一步举例说，氢气加入水中可以成为有利于健康的功能水。2007年，日本医科大学Ohsawa教授在《自然医学》上发表的一篇氢气生物学论文，称氢分子可“选择性清除人体内恶性自由基”。论文发表后，立刻引起关注。在常用的给氢气方法中就包括饮用富氢水。
而加入氯气的水则具有消毒作用。因为氯气可与水反应生成次氯酸，其具有很强的氧化性，与细菌细胞壁脂类产生双键反应，穿入菌体内部，改变细胞的通透性，从而导致细菌死亡。这一方法诞生于19世纪50年代，当时一位英国人成功地使用这种技术阻止了伦敦霍乱的蔓延。至今，这也是最常见的消毒方法。只是，后来有科学家提出氯气不仅可以灭菌，同样对其他生物体的细胞核及人体细胞也有负面影响。
“二氧化碳与氯气相比，优势在于没有其他污染物产生。”李复兴表示，“只是以前二氧化碳净化水的设备比较庞大，只能应用于大型的水处理厂。这次新研究提出的方向依然属于研究阶段，距离应用还很远。”
还需综合其他方法
李复兴同时强调，水中的污染物成分比较复杂，二氧化碳技术更多针对的是有机污染物，但这种技术对水中的无机物和重金属效果不大。“水净化技术属于综合技术作用，所以不能仅依靠一种方法就完全替代其他技术。”
许靖华当年提出用二氧化碳处理集成水路污水的方法时，也曾提到仅靠二氧化碳效果不够好，还需要再加一道水转换器装置，加快污水过滤流速，在高水力负荷下过滤，吸附水中剩余的污染物，将水彻底净化。
“空化技术是种有效去除污染物的方法，但是因为其设备庞大，而且运行成本高，目前尚无法应用于大型处理厂，但可以用在小型的水处理设备上。”李复兴补充道。
