中國粉體網(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(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,利用納米材料對污染環(huán)境進行修復(fù)已成為當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。
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)活動和消費方式造成的。例如，不計全民健康代價的金屬礦產(chǎn)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(fù)合污染，化工、農(nóng)藥等行業(yè)導(dǎo)致的點源和面源污染。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，有效地降低它們對人體健康的危害。
粘土礦物、有機質(zhì)(簡稱碳)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足球場還要大。同時，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。
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(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為和巨大的表面積和形狀相關(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(fù) 大規(guī)模應(yīng)用為時尚早
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。在過去的10多年里，納米材料用于環(huán)境凈化和修復(fù)的報道層出不窮，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、零價納米鐵已用于地下水和土壤中有機污染物的降解、核-殼結(jié)構(gòu)的Mn-Fe/MnO2納米材料用于去除水中的重金屬。
我國部分農(nóng)地土壤重金屬污染嚴(yán)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(jīng)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(jīng)濟有效地修復(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)在研究機構(gòu)和大學(xué)，不直接承擔(dān)土壤修復(fù)項目;第三，重金屬污染土壤修復(fù)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(shù)原因，更為困難的是，要不要修復(fù)重金屬污染土壤、誰來支付修復(fù)費用這些根本性的問題還缺乏頂層設(shè)計和切實可行的行動計劃。但是，追求藍(lán)天、碧水、凈土、健康是一代比一代更為強烈的民意。
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養(yǎng)化湖泊的修復(fù)
我國海岸帶地區(qū)集中了全國50%以上的大城市、約40%的人口和62%的國內(nèi)生產(chǎn)總值。近海污染普遍而且嚴(yán)重，沿海11個省、市、自治區(qū)已經(jīng)找不到?jīng)]有污染的海域。
污染物包括營養(yǎng)鹽(N、P)、重金屬、有機污染物、溢油、細(xì)菌和病毒等。以渤海為例，大規(guī)模開發(fā)利用的時間不到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)，實為世界罕見。由于污染面積大、程度深，近海污染治理會費時費力、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單和花費較少的一個辦法：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)合體清除渤海中營養(yǎng)鹽、重金屬、有機污染物、細(xì)菌和病毒污染物。這一設(shè)想目前還沒有被專家和官員門認(rèn)可。
但事實情況是近幾十年因為水利工程等因素，黃河入海泥沙量有億噸級/年的減少。渤海中少了數(shù)億噸的吸附劑，進入渤海的污染物無處可去，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、更費時，因為土壤是不動的，而水體是流動的;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為表面活性大，自身不是很穩(wěn)定。比如，小顆粒會形成更大的團聚體，其功能會變差。另外，光催化納米材料需要在紫外光或者可見光環(huán)境里才會起作用，在深水區(qū)或土壤里基本沒有效果。
金屬和金屬氧化物納米材料在酸性環(huán)境里會逐漸消失，溶解的金屬離子可能會對微生物有影響，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，這方面缺乏長期的觀測資料。加入土壤的納米材料很難被分離出來，這和廢水處理中磁性納米顆粒可以回收的情況有所不同。
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有的光、電、磁、催化特性，在環(huán)境修復(fù)中有著獨特的優(yōu)勢。在大氣和水體的污染修復(fù)中，這種優(yōu)勢可以充分地發(fā)揮出來。
限制其應(yīng)用的主要是成本和社會方面的因素。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。隨著民眾對環(huán)境質(zhì)量期望的日益提高、經(jīng)濟的進一步發(fā)展、修復(fù)技術(shù)的不斷改進，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，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))既是一個有趣的科研方向，也具有重要的經(jīng)濟和社會價值。
最后，我們的生活方式和消費行為需要更加環(huán)保，不必要的飛行和開車、水電和食物的浪費、過快地更換電子產(chǎn)品都直接或間接地增加污染物的排放、加重環(huán)境污染�！暗亓χ镉写笙蓿≈卸�，用之有節(jié)，則常足。取之無度，用之無節(jié)，則常不足�！本俚乜偨Y(jié)了生活方式對環(huán)境的影響。因此,利用納米材料對污染環(huán)境進行修復(fù)是勢在必行的。
我國在環(huán)境修復(fù)方面，特別是在即將大規(guī)模啟動的土壤/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，在將先進的修復(fù)技術(shù)從研發(fā)到運用方面還有很長的路要走。
