中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在很多普通讀者的印象中,，納米材料屬于高科技,，此種高新技術(shù)雖然廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)方面，但仍然如舊時(shí)的王謝堂前燕,，尋常百姓難以窺見(jiàn)其真面目,。在中國(guó)全面啟動(dòng)的“向污染宣戰(zhàn)”的環(huán)境大戰(zhàn)中，也少不了它的身影,，據(jù)了解,，納米材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，不僅克服了傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)的不足,，而且表現(xiàn)出更高的修復(fù)效率,。因此,利用納米材料對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)已成為當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
納米材料,、C3反應(yīng) 巨大比表積助力環(huán)境修復(fù)
土壤納米顆粒泥漿(上)用于去除日本水塘里的磷(下圖)
環(huán)境污染主要是由于人類不合理的生產(chǎn)活動(dòng)和消費(fèi)方式造成的。例如,，不計(jì)全民健康代價(jià)的金屬礦產(chǎn)開(kāi)采造成的重金屬污染,，煤、油,、氣等化石燃料的過(guò)量使用帶來(lái)的復(fù)合污染,，化工、農(nóng)藥等行業(yè)導(dǎo)致的點(diǎn)源和面源污染,。在工業(yè)革命甚至二戰(zhàn)以前,，污染物的排放量比較小，自然界的C3反應(yīng)(clay-carbon-contaminant interactions)能夠充分地吸附,、固定,、轉(zhuǎn)化污染物，有效地降低它們對(duì)人體健康的危害,。
粘土礦物,、有機(jī)質(zhì)(簡(jiǎn)稱碳)及其相互反應(yīng)形成的復(fù)合體由于顆粒小(在微米甚至納米范圍)，有巨大的比表面積,。例如,，蒙脫石和水鋁英石的比表面積可達(dá)1000平方米/克, 一調(diào)羹材料的表面積比一個(gè)足球場(chǎng)還要大。同時(shí),，粘土礦物,、碳及其復(fù)合體有比較高的空隙度，帶有表面電荷,，還有Al-OH,、Si-OH,、 COOH等表面功能團(tuán)。
表面積,、空隙度,、表面電荷、功能團(tuán)這四個(gè)屬性決定了粘土礦物-碳復(fù)合體的物理和化學(xué)活性,，是吸附,、固定、轉(zhuǎn)化各類污染物以及用于環(huán)境修復(fù)的理論基礎(chǔ),。同樣,，人工合成的納米材料也是因?yàn)楹途薮蟮谋砻娣e和形狀相關(guān)的光學(xué)、電子,、催化,、磁性特征被用環(huán)境修復(fù)。例如,，零價(jià)納米鐵是很好的還原劑,，而納米TiO2在光子作用下產(chǎn)生的價(jià)帶空穴則是極強(qiáng)的氧化劑，對(duì)眾多污染物可以說(shuō)是無(wú)堅(jiān)不摧,。
納米材料進(jìn)行土壤修復(fù) 大規(guī)模應(yīng)用為時(shí)尚早
雖然天然的納米顆粒在人類出現(xiàn)以前就存在,，人工合成納米材料的歷史卻很短。Kroto,、Curl,、Smalley等在1985年首先合成C60納米球，3人因此分享1996年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),。在過(guò)去的10多年里,，納米材料用于環(huán)境凈化和修復(fù)的報(bào)道層出不窮，在空氣凈化,、廢水處理,、土壤修復(fù)等方面都有成功的例子。如TiO2等光催化材料已廣泛用于空氣凈化,、零價(jià)納米鐵已用于地下水和土壤中有機(jī)污染物的降解,、核-殼結(jié)構(gòu)的Mn-Fe/MnO2納米材料用于去除水中的重金屬。
我國(guó)部分農(nóng)地土壤重金屬污染嚴(yán)重,，這是事實(shí),。天然納米顆粒(如一些粘土礦物)和合成的金屬氧化物納米材料已經(jīng)被證明在降低重金屬的移動(dòng)性和生物有效性方面有效果。但是,，能夠經(jīng)濟(jì)有效地修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)還處在研究和試驗(yàn)階段,，目前還難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。
原因是多方面的。第一,，沒(méi)有一種技術(shù)適用于所有土壤類型;第二,，土壤修復(fù)專家多數(shù)在研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)，不直接承擔(dān)土壤修復(fù)項(xiàng)目;第三,，重金屬污染土壤修復(fù)的效果及副作用還缺乏長(zhǎng)期田間試驗(yàn)的證實(shí),。除了這些技術(shù)原因，更為困難的是,，要不要修復(fù)重金屬污染土壤,、誰(shuí)來(lái)支付修復(fù)費(fèi)用這些根本性的問(wèn)題還缺乏頂層設(shè)計(jì)和切實(shí)可行的行動(dòng)計(jì)劃。但是,，追求藍(lán)天,、碧水、凈土,、健康是一代比一代更為強(qiáng)烈的民意,。
政府有責(zé)任增加在土壤修復(fù)方面的研發(fā)投入，以期在5–10年時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一批比較成熟的技術(shù),，可以在不同土壤類型和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的地區(qū)推廣使用,。
C3反應(yīng)修復(fù)污染土壤 難度高于凈化海水
礦物型納米材料用于新西蘭富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的修復(fù)
我國(guó)海岸帶地區(qū)集中了全國(guó)50%以上的大城市、約40%的人口和62%的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值,。近海污染普遍而且嚴(yán)重,，沿海11個(gè)省、市,、自治區(qū)已經(jīng)找不到?jīng)]有污染的海域。
污染物包括營(yíng)養(yǎng)鹽(N,、P),、重金屬、有機(jī)污染物,、溢油,、細(xì)菌和病毒等。以渤海為例,，大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的時(shí)間不到30年,，但其污染的程度已經(jīng)觸目驚心：褐潮、綠潮,、赤潮三潮齊發(fā),，實(shí)為世界罕見(jiàn)。由于污染面積大,、程度深,，近海污染治理會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、耗資巨大。
但是,，我們從C3反應(yīng)的自然規(guī)律出發(fā),，或許可以嘗試比較簡(jiǎn)單和花費(fèi)較少的一個(gè)辦法：讓黃河之水和泥沙不加截留地流入渤海一年，利用泥沙中的粘土礦物-碳復(fù)合體清除渤海中營(yíng)養(yǎng)鹽,、重金屬,、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒污染物,。這一設(shè)想目前還沒(méi)有被專家和官員門認(rèn)可,。
但事實(shí)情況是近幾十年因?yàn)樗こ痰纫蛩兀S河入海泥沙量有億噸級(jí)/年的減少,。渤海中少了數(shù)億噸的吸附劑,，進(jìn)入渤海的污染物無(wú)處可去，只好留在海水中,，消滅魚類,、產(chǎn)生三潮、危害人類,。粘土礦物用于水體和土壤修復(fù),，其共同原理是利用粘土礦物的吸附能力將污染物固定、轉(zhuǎn)化,，降低它們的生物有效性,。
從技術(shù)方面講，修復(fù)土壤比修復(fù)水體更難,、更費(fèi)時(shí),，因?yàn)橥寥朗遣粍?dòng)的，而水體是流動(dòng)的;土壤的緩沖容量比水體大,因而滯后效應(yīng)更大,、更難修復(fù),。
納米材料雖有局限性 但前景廣闊 亟待認(rèn)可
人工合成的納米材料因?yàn)楸砻婊钚源螅陨聿皇呛芊�(wěn)定,。比如,，小顆粒會(huì)形成更大的團(tuán)聚體，其功能會(huì)變差,。另外,，光催化納米材料需要在紫外光或者可見(jiàn)光環(huán)境里才會(huì)起作用，在深水區(qū)或土壤里基本沒(méi)有效果,。
金屬和金屬氧化物納米材料在酸性環(huán)境里會(huì)逐漸消失,，溶解的金屬離子可能會(huì)對(duì)微生物有影響，也可能影響別的元素的地球化學(xué)行為,，還有可能被植物吸收,，這方面缺乏長(zhǎng)期的觀測(cè)資料,。加入土壤的納米材料很難被分離出來(lái)，這和廢水處理中磁性納米顆�,？梢曰厥盏那闆r有所不同,。
納米材料在環(huán)境修復(fù)中的前景如何？
納米材料具有相同成分的大宗材料所沒(méi)有的光,、電,、磁、催化特性,，在環(huán)境修復(fù)中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),。在大氣和水體的污染修復(fù)中，這種優(yōu)勢(shì)可以充分地發(fā)揮出來(lái),。
限制其應(yīng)用的主要是成本和社會(huì)方面的因素,。土壤修復(fù)比大氣和水體修復(fù)更為困難，需要先將污染物從土壤固相轉(zhuǎn)移到液相才能發(fā)揮納米材料的功效,。隨著民眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量期望的日益提高,、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、修復(fù)技術(shù)的不斷改進(jìn),，納米材料在污染控制和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用將更為普遍,。
有些應(yīng)用是民眾能感受到的，如室內(nèi)空氣凈化器中使用的光催化材料;更多的是民眾沒(méi)有注意到的,，如汽車尾氣處理,、電廠廢氣處理、電鍍/紡織等行業(yè)的廢水處理等,。除了技術(shù)因素,，納米材料在污染控制和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用前景更多地受環(huán)境立法和執(zhí)法的影響。
完善的立法和嚴(yán)格的執(zhí)法是環(huán)保產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的根本保障,。從經(jīng)濟(jì)有效性考慮,，污染控制應(yīng)當(dāng)走在環(huán)境修復(fù)前面。只有污染得到了有效的控制,，修復(fù)才有意義。同時(shí),，我們要更加注重天然納米顆粒在污染控制和環(huán)境修復(fù)方面的應(yīng)用,。由于天然納米顆粒廣泛存在于土壤、泥沙,、沉積物等自然體,，數(shù)量巨大、沒(méi)有制造成本,，如何有效地將它們用于環(huán)境修復(fù)(尤其是土壤修復(fù))既是一個(gè)有趣的科研方向,，也具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值,。
最后，我們的生活方式和消費(fèi)行為需要更加環(huán)保,，不必要的飛行和開(kāi)車,、水電和食物的浪費(fèi)、過(guò)快地更換電子產(chǎn)品都直接或間接地增加污染物的排放,、加重環(huán)境污染,。“地力之生物有大限,，取之有度,，用之有節(jié)，則常足,。取之無(wú)度,，用之無(wú)節(jié)，則常不足,�,！本俚乜偨Y(jié)了生活方式對(duì)環(huán)境的影響。因此,利用納米材料對(duì)污染環(huán)境進(jìn)行修復(fù)是勢(shì)在必行的,。
我國(guó)在環(huán)境修復(fù)方面,，特別是在即將大規(guī)模啟動(dòng)的土壤/地下水的修復(fù)方面，缺乏大型的,、成功的修復(fù)案例和經(jīng)驗(yàn),，在將先進(jìn)的修復(fù)技術(shù)從研發(fā)到運(yùn)用方面還有很長(zhǎng)的路要走。
