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運用于環境修復的納米材料

体彩排列三和值走势图表:運用于環境修復的納米材料

發布日期:2016-11-11 00:00 來源://www.zxssah.com.cn 點擊:

排列三跨度走势图2019 www.zxssah.com.cn 在很多普通讀者的印象中,納米材料屬于高科技,此種高新技術雖然廣泛應用于社會生活的各個方面,但仍然如舊時的王謝堂前燕,尋常百姓難以窺見其真面目。在中國全面啟動的“向污染宣戰”的環境大戰中,也少不了它的身影,據了解,納米材料由于其獨特的物理化學性質,不僅克服了傳統修復技術的不足,而且表現出更高的修復效率。因此,利用納米材料對污染環境進行修復已成為當今環境領域的研究熱點。

我國在環境修復方面,特別是在即將大規模啟動的土壤/地下水的修復方面,缺乏大型的、成功的修復案例和經驗,在將先進的修復技術從研發到運用方面還有很長的路要走。本刊編輯對話中國科學院煙臺海岸帶研究所袁國棟研究員,揭開納米材料應用于環境修復的神秘面紗,展望這種材料在修復領域的運用前景。

納米材料、C3反應 巨大比表積助力環境修復

土壤納米顆粒泥漿(上)用于去除日本水塘里的磷(下圖)

中國生態修復網:您一直致力于研究C3相互反應以及環境修復納米材料的應用,請您先介紹一下納米材料運用于環境修復的理論基礎?

袁國棟老師:環境污染主要是由于人類不合理的生產活動和消費方式造成的。例如,不計全民健康代價的金屬礦產開采造成的重金屬污染,煤、油、氣等化石燃料的過量使用帶來的復合污染,化工、農藥等行業導致的點源和面源污染。在工業革命甚至二戰以前,污染物的排放量比較小,自然界的C3反應(clay-carbon-contaminant interactions)能夠充分地吸附、固定、轉化污染物,有效地降低它們對人體健康的危害。

粘土礦物、有機質(簡稱碳)及其相互反應形成的復合體由于顆粒小(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1000平方米/克, 一調羹材料的表面積比一個足球場還要大。同時,粘土礦物、碳及其復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。

表面積、空隙度、表面電荷、功能團這四個屬性決定了粘土礦物-碳復合體的物理和化學活性,是吸附、固定、轉化各類污染物以及用于環境修復的理論基礎。同樣,人工合成的納米材料也是因為和巨大的表面積和形狀相關的光學、電子、催化、磁性特征被用環境修復。例如,零價納米鐵是很好的還原劑,而納米TiO2在光子作用下產生的價帶空穴則是極強的氧化劑,對眾多污染物可以說是無堅不摧。

納米材料進行土壤修復 大規模應用為時尚早

納米技術的發展歷史很短,但在環境科學領域已經得到了廣泛的應用。前不久有新聞報道一種單晶多孔光催化納米材料問世,可以有效去除廢水中的重金屬六價鉻,4月17日發布的我國《土壤環境狀況公報》指出我國土壤重金屬污染嚴重,那么納米材料是否可以應用于土壤修復,有什么難點?

雖然天然的納米顆粒在人類出現以前就存在,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年的諾貝爾化學獎。在過去的10多年里,納米材料用于環境凈化和修復的報道層出不窮,在空氣凈化、廢水處理、土壤修復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、零價納米鐵已用于地下水和土壤中有機污染物的降解、核-殼結構的Mn-Fe/MnO2納米材料用于去除水中的重金屬。

我國部分農地土壤重金屬污染嚴重,這是事實。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被證明在降低重金屬的移動性和生物有效性方面有效果。但是,能夠經濟有效地修復重金屬污染土壤的技術還處在研究和試驗階段,目前還難以大規模推廣應用。

原因是多方面的。第一,沒有一種技術適用于所有土壤類型;第二,土壤修復專家多數在研究機構和大學,不直接承擔土壤修復項目;第三,重金屬污染土壤修復的效果及副作用還缺乏長期田間試驗的證實。除了這些技術原因,更為困難的是,要不要修復重金屬污染土壤、誰來支付修復費用這些根本性的問題還缺乏頂層設計和切實可行的行動計劃。但是,追求藍天、碧水、凈土、健康是一代比一代更為強烈的民意。

政府有責任增加在土壤修復方面的研發投入,以期在5–10年時間內產生一批比較成熟的技術,可以在不同土壤類型和農業生產特點的地區推廣使用。

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