新型專用海綿：解決暴雨徑流汙染的創新方案

隨著越來越多的水道面臨藻華問題，以及農業徑流和工業製造過程中礦物質所造成的汙染，各領域正不斷湧現出去除磷酸鹽、銅和鋅等汙染物的新方法。儘管現有解決方案存在，但往往成本高昂且只能使用一次。然而，美國西北大學研究人員研發的一種專用海綿，能夠吸附汙染物，並可按需釋放，或許能提供一種可重複使用、低成本的解決之道。

這種海綿塗覆了對汙染物具有親和力的奈米顆粒，能夠收集鋅、銅等金屬以及磷酸鹽。在先前的應用中，它還成功地從水中去除了鉛，從湖泊和海洋中吸附了微塑膠和油汙。當暴露在不同的酸鹼值環境中時，海綿會釋放出這些有價值的資源。

在2月5日發表於《美國化學學會環境科學與技術：水》期刊的一篇論文中，研究人員提出了一種方法，可針對芝加哥特定的汙染物量身定製該海綿平臺，並有選擇性地釋放這些汙染物，讓那些通常需要開採的資源有了二次利用的潛力。

該研究的首席研究員維納亞克・德拉維德表示：「這項技術既可以作為通用吸附劑，也就是所謂的『萬用吸盤』，也可以針對特定類別的汙染物，如金屬、塑膠或營養物質進行定製。」德拉維德是西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程系的亞伯拉罕・哈里斯教授，也是保拉・M・特里恩斯可持續發展與能源研究所的教職員。他還是西北大學原子與奈米尺度表徵中心（NUANCE）以及軟性與混合奈米技術實驗資源中心（SHyNE）的創始主任，同時擔任國際奈米技術研究所全球專案的副主任。

最初版本的海綿平臺由聚氨酯製成，並塗覆了一種吸油拒水的物質。最新版本則是一種高度親水（愛水）的纖維素海綿，塗覆了針對其他汙染物的顆粒。這種海綿平臺之所以如此有效，是因為其孔隙提供了大量汙染物可以附著的表面積。

德拉維德有時會將這項技術稱為「瑞士軍刀」，因其多功能性和可重複使用的特性。他創立了西北大學的新創公司珊瑚創新（Coral Innovations，前稱MFNS - Tech），開始將這種基於海綿的技術商業化，用於環境修復。

暴雨徑流處理裝置製造商StormTrap, LLC瞭解到該平臺後，主動聯絡研究團隊，詢問三種對芝加哥影響嚴重的特定汙染物。StormTrap代表希望在其產品組閤中增加吸附材料，詢問德拉維德能否將汙染物濃度降低到無法檢測的程度。

美國環境保護署根據人類健康設定礦物質的含量標準，有時這些標準高於從環境角度考慮的安全含量。通常，在防止藻華和其他環境影響時，需要更低的濃度，而飲用水限制一般設定在百萬分率的範圍。

開發能夠捕獲銅、鋅和磷酸鹽的平臺相對容易，但隨後，德拉維德研究團隊的博士生凱利・馬圖謝夫斯基（也是論文的第一作者）被要求找出回收這些資源的方法。隨著礦山中磷酸鹽和金屬儲量的減少，這第二步變得至關重要。

馬圖謝夫斯基表示：「我們不能只是把這些礦物質沖進下水道，我們需要了解它們的相互作用，並找到實際利用它們的方法。」她發現，透過降低酸鹼值，金屬會從海綿中釋放出來。去除銅和鋅後，再提高酸鹼值，磷酸鹽就會從海綿上脫落。她還發現，即使經過五次收集和去除礦物質的迴圈，海綿的效能依然良好，並且能夠提供汙染物含量無法檢測到的水。

馬圖謝夫斯基是「FoundHer Spotlight」比賽的決賽選手，這是一項由西北大學奎裡創新實驗室為早期職業女性科學家舉辦的比賽。她將於3月5日向西北大學婦女委員會進行展示，與其他七位研究人員競爭。

與StormTrap, LLC的合作使研究團隊能夠評估該技術的有效性，並迅速將其從實驗室推向產業應用。下一步，在現實場景中使用該平臺將是重要的一步，因為馬圖謝夫斯基此前是在每種汙染物濃度相對相同的受控環境中進行研究的。下一階段的研究將幫助他們確定海綿能夠容納的礦物質量，並使他們能夠與西北大學其他致力於創造更清潔水道的研究人員合作。