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(gè)方面，但仍然如舊時(shí)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(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)。

我國在環(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)用方面還有很長的路要走。本刊編輯對話中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所袁國棟研究員，揭開納米材料應(yīng)用于環(huán)境修復(fù)的神秘面紗，展望這種材料在修復(fù)領(lǐng)域的運(yùn)用前景。

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)

中國生態(tài)修復(fù)網(wǎng)：您一直致力于研究C3相互反應(yīng)以及環(huán)境修復(fù)納米材料的應(yīng)用，請您先介紹一下納米材料運(yùn)用于環(huán)境修復(fù)的理論基礎(chǔ)?

袁國棟老師：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(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，有效地降低它們對人體健康的危害。

粘土礦物、有機(jī)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(gè)足球場還要大。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，對眾多污染物可以說是無堅(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

中國生態(tài)修復(fù)網(wǎng)：納米技術(shù)的發(fā)展歷史很短，但在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。前不久有新聞報(bào)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(jià)鉻，4月17日發(fā)布的我國《土壤環(huán)境狀況公報(bào)》指出我國土壤重金屬污染嚴(yán)重，那么納米材料是否可以應(yīng)用于土壤修復(fù)，有什么難點(diǎn)?

袁國棟老師：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、誰來支付修復(fù)費(fèi)用這些根本性的問題還缺乏頂層設(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。

來源：http://huanbao.bjx.com.cn/tech/20161102/153625.shtml