納米材料在污染水體及土壤修復(fù)中的應(yīng)用

1.趙海萍 2.王宇飛

1.三門峽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 2.河南寰宇環(huán)保科技股份有限公司

納米材料在污染水體及土壤修復(fù)中的應(yīng)用

1.趙海萍 2.王宇飛

1.三門峽市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 2.河南寰宇環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

污染土壤以及污染水體成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的代價(jià)，為建立環(huán)境友好型的經(jīng)濟(jì)，如何修復(fù)被污染的水體以及土壤成為了國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)研究機(jī)構(gòu)共同關(guān)注的問題，同時(shí)納米材料因其具有巨大的表面積，能夠?qū)χ亟饘匐x子以及有機(jī)污染物進(jìn)行吸附的特性，為該領(lǐng)域提供了新的思路，本文將從納米材料的種類出發(fā)，深入研究納米材料在污染水體及土壤修復(fù)中的應(yīng)用，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒學(xué)習(xí)。

納米材料；污染土壤；重金屬

隨著環(huán)境分子科學(xué)的進(jìn)步，納米材料的研究領(lǐng)域逐漸拓寬，并在水體及土壤修復(fù)領(lǐng)域取得了一定的成效。納米材料是指在三維空間尺度至少擁有一維度處于納米量級(jí)的材料，由于其良好的表面效應(yīng)，使其擁有特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并具有吸附、催化、吸收等新特性。本文將從納米材料的特點(diǎn)入手，深入研究納米材料在土壤修復(fù)中的應(yīng)用方法，以供相關(guān)從業(yè)人員借鑒學(xué)習(xí)。

一、納米材料的制備方法與種類

(一)納米材料的制備方法

納米材料制備主要分為化學(xué)制備與物理制備兩種方法，其中化學(xué)制備需要用到微乳液法、水熱合成法、沉積法以及溶膠凝膠法。而物理的制備方法主要分為真空冷凝法、機(jī)械球磨法、物理粉碎法。[1]相比化學(xué)制備方法，物理方法的成本低，操作簡(jiǎn)單，因此被廣泛的應(yīng)用于納米材料的制備工作中。尤其是機(jī)械球磨法是目前納米材料制備的主要途徑，但通過這種方法制備的納米材料產(chǎn)品純度低、顆粒分布不均勻，因此物理制備法必定被化學(xué)制備法所取代，變成納米材料制備的主要方法。此外，在納米材料制備的過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)該注意制備物與顆粒物有很大的關(guān)系，制備物的平均粒徑越小，說明納米材料的產(chǎn)品純度越高，反之亦然。而制備物本身的的結(jié)晶程度越高，說明產(chǎn)品的顆粒分布越均勻，要求相關(guān)工作人員能夠根據(jù)制備材料的平均粒徑與結(jié)晶程度，選擇合適的納米材料的制備方法，從而在制備的過程中，得到純度高、顆粒分布均勻的納米材料產(chǎn)品。

(二)納米材料的類型

從目前的研究情況而言，納米材料應(yīng)用于水體及土壤污染修復(fù)的工作才剛剛起步，許多技術(shù)還停留在理論層面上，沒有直接應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中水體及土壤污染的修復(fù)工作中，因此要分析納米材料的類型，必須根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的某些理論。通常應(yīng)用于水體及土壤修復(fù)的納米材料包括納米型礦物、碳質(zhì)的納米材料、金屬氧化物、半導(dǎo)體材料以及各種類型的納米型聚合物。例如在水體污染的修復(fù)工作中，一般使用金屬氧化物進(jìn)行金屬離子的還原反應(yīng)，從而保證水體中的重金屬物質(zhì)在光的催化過程中，去除污水中的無機(jī)金屬離子，一般來說，TiO2、ZnO/WO3都屬于此類金屬氧化物。[2]近些年，廉價(jià)納米型的礦物在進(jìn)行水體污染修復(fù)工作中也初見成效，被業(yè)界持續(xù)關(guān)注。

二、納米材料在污染水體及土壤修復(fù)中的應(yīng)用

(一)納米材料在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

重金屬污染是土壤污染中常見的污染形式，相關(guān)工作人員可以利用納米材料強(qiáng)大的吸附能力，增加土壤中重金屬離子吸附、與重金屬離子形成沉淀，從而達(dá)到去除土壤中的重金屬污染的目標(biāo)。無機(jī)納米顆粒可用于制作土壤污染修復(fù)劑，由于這種顆粒本身具有極強(qiáng)的吸附能力，作用于污染土壤，能夠?qū)⑼寥乐械闹亟饘匐x子發(fā)生遷徙效應(yīng)，因此納米材料是未來轉(zhuǎn)化污染土壤生物性的關(guān)鍵技術(shù)。納米材料應(yīng)用于土壤修復(fù)工作，可以追溯到上個(gè)世紀(jì)八十年代，上個(gè)世紀(jì)八九十年代，納米材料開始被重視，并開展了Ag+污染土壤修復(fù)的研究。[3]相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)，納米粒子可在污染土壤中產(chǎn)生協(xié)同催化效應(yīng)，能夠在污染土壤的修復(fù)工作中取得良好的效果。根據(jù)這個(gè)原理，中國(guó)的劉義新提出可利用納米修復(fù)劑進(jìn)行重金屬污染土壤原位修復(fù)的理論，并在后續(xù)的試驗(yàn)中證明有效。除此之外，納米型修復(fù)劑還在有機(jī)物污染土壤的修復(fù)工作中具有廣闊的應(yīng)用前景，土壤在光催化降解的技術(shù)下，能夠?qū)崿F(xiàn)原位修復(fù)，從而達(dá)到污染土壤修復(fù)的效果。隨著科技的發(fā)展，各種成本低廉的礦物改性技術(shù)得到業(yè)界的重視，并實(shí)際應(yīng)用于有機(jī)污染土壤的修復(fù)工作中，例如利用納米鐵粉、TiO2等去除污染土壤中有機(jī)污染的技術(shù)，已經(jīng)開始在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到證實(shí)。相關(guān)工作人員利用三氯乙烯代替了傳統(tǒng)的修復(fù)劑，由于磁芯電抗鐵在有機(jī)溶劑的化合作用下，能夠虛度的降解為無毒害產(chǎn)物，因此可作為有機(jī)污染修復(fù)的重要技術(shù)。

(二)納米顆粒在污染水體修復(fù)中的應(yīng)用

納米鐵顆粒在去除污水、污泥中的有毒金屬污染物，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果，因此在近年來的研究中，納米鐵顆粒越發(fā)的受到業(yè)界的重視，納米顆粒在污染水體中污染物接觸，可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而在化合反應(yīng)的基礎(chǔ)上去除污染物的毒性，使污染水體得到根治。并且納米鐵顆粒的成本低廉，相比傳統(tǒng)水體修復(fù)技術(shù)，納米鐵顆粒對(duì)降低污染物毒性的效果是鐵粉吸附方法的十倍，相關(guān)工作人員研究證明，納米鐵顆粒對(duì)有機(jī)水體中的污泥有很好的去除毒素的效果。尤其在Cr(Ⅵ)污染修復(fù)工作中，納米鐵粉能在短時(shí)間內(nèi)增加污染的去除率。此外，利用浮游球菌的包裹效應(yīng)，也能夠?qū)ξ廴舅w中的污泥起到良好的吸附效果，需要注意的是，水體中的PH值將直接影響納米顆粒劑的污染去除效果，PH值越低，納米顆粒的水體污染修復(fù)效果越好。除此之外，使用復(fù)合吸附劑也能對(duì)污染水體中的有毒物質(zhì)產(chǎn)生良好的吸附效果，采用共沉淀法合成納米級(jí)土壤氧化礦物，具有較高結(jié)合力，能夠產(chǎn)生良好的絮凝效果。[4]

結(jié)語：

綜上所述，在污染土壤治理及污染水體凈化領(lǐng)域中，納米材料還有很大的發(fā)展空間，如何增加納米材料的催化降解效果，提高有機(jī)污染物的表面吸附，成為未來納米材料的研究方向。隨著納米技術(shù)基礎(chǔ)研究的深入，會(huì)加強(qiáng)納米材料的薄弱環(huán)節(jié)，使其能夠普及，有利于我國(guó)污染水體及土壤的修復(fù)工作。

[1]馮婧微.納米零價(jià)鐵及鐵(氫)氧化物去除水中Cr(Ⅵ)和Cu～(2+)的機(jī)制研究[D].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[2]王萌，陳世寶，李娜，馬義兵.納米材料在污染土壤修復(fù)及污水凈化中應(yīng)用前景探討[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，02：434-439.

[3]張文通，陳勇，陳超，陳昌兵，劉欣偉.納米TiO_2光催化材料在環(huán)境土壤修復(fù)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2015，11：49-54.

[4]張環(huán).負(fù)載型納米鐵銅二元金屬的合成與改性及其修復(fù)地下水中有機(jī)氯污染物的基礎(chǔ)研究[D].南開大學(xué)，2015，12：5649-5658.