納米材料在污染水體及土壤修復中的應用

1.趙海萍 2.王宇飛

1.三門峽市環境監測站 2.河南寰宇環保科技股份有限公司

納米材料在污染水體及土壤修復中的應用

1.趙海萍 2.王宇飛

1.三門峽市環境監測站 2.河南寰宇環保科技股份有限公司

污染土壤以及污染水體成為經濟發展的代價，為建立環境友好型的經濟，如何修復被污染的水體以及土壤成為了國內外環境科學研究機構共同關注的問題，同時納米材料因其具有巨大的表面積，能夠對重金屬離子以及有機污染物進行吸附的特性，為該領域提供了新的思路，本文將從納米材料的種類出發，深入研究納米材料在污染水體及土壤修復中的應用，以供相關從業人員借鑒學習。

納米材料；污染土壤；重金屬

隨著環境分子科學的進步，納米材料的研究領域逐漸拓寬，并在水體及土壤修復領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的材料，由于其良好的表面效應，使其擁有特殊的化學結構，并具有吸附、催化、吸收等新特性。本文將從納米材料的特點入手，深入研究納米材料在土壤修復中的應用方法，以供相關從業人員借鑒學習。

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制備與物理制備兩種方法，其中化學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、機械球磨法、物理粉碎法。[1]相比化學制備方法，物理方法的成本低，操作簡單，因此被廣泛的應用于納米材料的制備工作中。尤其是機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品純度低、顆粒分布不均勻，因此物理制備法必定被化學制備法所取代，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，相關工作人員應該注意制備物與顆粒物有很大的關系，制備物的平均粒徑越小，說明納米材料的產品純度越高，反之亦然。而制備物本身的的結晶程度越高，說明產品的顆粒分布越均勻，要求相關工作人員能夠根據制備材料的平均粒徑與結晶程度，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品。

(二)納米材料的類型

從目前的研究情況而言，納米材料應用于水體及土壤污染修復的工作才剛剛起步，許多技術還停留在理論層面上，沒有直接應用于現實生活中水體及土壤污染的修復工作中，因此要分析納米材料的類型，必須根據文獻報道的某些理論。通常應用于水體及土壤修復的納米材料包括納米型礦物、碳質的納米材料、金屬氧化物、半導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工作中，一般使用金屬氧化物進行金屬離子的還原反應，從而保證水體中的重金屬物質在光的催化過程中，去除污水中的無機金屬離子，一般來說，TiO2、ZnO/WO3都屬于此類金屬氧化物。[2]近些年，廉價納米型的礦物在進行水體污染修復工作中也初見成效，被業界持續關注。

二、納米材料在污染水體及土壤修復中的應用

(一)納米材料在污染土壤修復中的應用

重金屬污染是土壤污染中常見的污染形式，相關工作人員可以利用納米材料強大的吸附能力，增加土壤中重金屬離子吸附、與重金屬離子形成沉淀，從而達到去除土壤中的重金屬污染的目標。無機納米顆粒可用于制作土壤污染修復劑，由于這種顆粒本身具有極強的吸附能力，作用于污染土壤，能夠將土壤中的重金屬離子發生遷徙效應，因此納米材料是未來轉化污染土壤生物性的關鍵技術。納米材料應用于土壤修復工作，可以追溯到上個世紀八十年代，上個世紀八九十年代，納米材料開始被重視，并開展了Ag+污染土壤修復的研究。[3]相關研究人員發現，納米粒子可在污染土壤中產生協同催化效應，能夠在污染土壤的修復工作中取得良好的效果。根據這個原理，中國的劉義新提出可利用納米修復劑進行重金屬污染土壤原位修復的理論，并在后續的試驗中證明有效。除此之外，納米型修復劑還在有機物污染土壤的修復工作中具有廣闊的應用前景，土壤在光催化降解的技術下，能夠實現原位修復，從而達到污染土壤修復的效果。隨著科技的發展，各種成本低廉的礦物改性技術得到業界的重視，并實際應用于有機污染土壤的修復工作中，例如利用納米鐵粉、TiO2等去除污染土壤中有機污染的技術，已經開始在農業生產領域得到證實。相關工作人員利用三氯乙烯代替了傳統的修復劑，由于磁芯電抗鐵在有機溶劑的化合作用下，能夠虛度的降解為無毒害產物，因此可作為有機污染修復的重要技術。

(二)納米顆粒在污染水體修復中的應用

納米鐵顆粒在去除污水、污泥中的有毒金屬污染物，表現出良好的應用效果，因此在近年來的研究中，納米鐵顆粒越發的受到業界的重視，納米顆粒在污染水體中污染物接觸，可發生氧化還原反應，從而在化合反應的基礎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，相比傳統水體修復技術，納米鐵顆粒對降低污染物毒性的效果是鐵粉吸附方法的十倍，相關工作人員研究證明，納米鐵顆粒對有機水體中的污泥有很好的去除毒素的效果。尤其在Cr(Ⅵ)污染修復工作中，納米鐵粉能在短時間內增加污染的去除率。此外，利用浮游球菌的包裹效應，也能夠對污染水體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效果越好。除此之外，使用復合吸附劑也能對污染水體中的有毒物質產生良好的吸附效果，采用共沉淀法合成納米級土壤氧化礦物，具有較高結合力，能夠產生良好的絮凝效果。[4]

結語：

綜上所述，在污染土壤治理及污染水體凈化領域中，納米材料還有很大的發展空間，如何增加納米材料的催化降解效果，提高有機污染物的表面吸附，成為未來納米材料的研究方向。隨著納米技術基礎研究的深入，會加強納米材料的薄弱環節，使其能夠普及，有利于我國污染水體及土壤的修復工作。

[1]馮婧微.納米零價鐵及鐵(氫)氧化物去除水中Cr(Ⅵ)和Cu～(2+)的機制研究[D].沈陽農業大學，2012.

[2]王萌，陳世寶，李娜，馬義兵.納米材料在污染土壤修復及污水凈化中應用前景探討[J].中國生態農業學報，2010，02：434-439.

[3]張文通，陳勇，陳超，陳昌兵，劉欣偉.納米TiO_2光催化材料在環境土壤修復中的應用研究進展[J].材料導報，2015，11：49-54.

[4]張環.負載型納米鐵銅二元金屬的合成與改性及其修復地下水中有機氯污染物的基礎研究[D].南開大學，2015，12：5649-5658.