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(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性質(zhì)，不僅克服了傳統(tǒng)修復技術的不足，而且表現(xiàn)出更高的修復效率。因此,利用納米材料對污染環(huán)境進行修復已成為當今環(huán)境領域的研究熱點。

納米材料、C3反應 巨大比表積助力環(huán)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)

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合污染，化工、農(nóng)藥等行業(yè)導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(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(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(zhuǎn)化各類污染物以及用于環(huán)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(huán)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(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 大規(guī)模應用為時尚早

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年的諾貝爾化學獎。在過去的10多年里，納米材料用于環(huán)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(nóng)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(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(guī)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(shù)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(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，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反應修復污染土壤 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

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-碳復合體清除渤海中營養(yǎng)鹽、重金屬、有機污染物、細菌和病毒污染物。這一設想目前還沒有被專家和官員門認可。  

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，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。  

從技術方面講，修復土壤比修復水體更難、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,因而滯后效應更大、更難修復。

納米材料雖有局限性 但前景廣闊 亟待認可

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�？梢曰厥盏那闆r有所不同。

納米材料在環(huán)境修復中的前景如何？

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)境修復中有著獨特的優(yōu)勢。在大氣和水體的污染修復中，這種優(yōu)勢可以充分地發(fā)揮出來。  

限制其應用的主要是成本和社會方面的因素。土壤修復比大氣和水體修復更為困難，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、修復技術的不斷改進，納米材料在污染控制和環(huán)境修復中的應用將更為普遍。

有些應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。除了技術因素，納米材料在污染控制和環(huán)境修復中的應用前景更多地受環(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，污染控制應當走在環(huán)境修復前面。只有污染得到了有效的控制，修復才有意義。同時，我們要更加注重天然納米顆粒在污染控制和環(huán)境修復方面的應用。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(尤其是土壤修復)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。“地力之生物有大限，取之有度，用之有節(jié)，則常足。取之無度，用之無節(jié)，則常不足。”精辟地總結了生活方式對環(huán)境的影響。因此,利用納米材料對污染環(huán)境進行修復是勢在必行的。

我國在環(huán)境修復方面，特別是在即將大規(guī)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(jīng)驗，在將先進的修復技術從研發(fā)到運用方面還有很長的路要走。