（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）在普通人的印象中，納米材料屬于高科技，雖然廣泛應用于社會(huì )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(jiàn)其真面目。在中國全面啟動(dòng)的“向污染宣戰”的環(huán)境大戰中，也少不了它的身影，據了解，納米材料由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，不僅克服了傳統修復技術(shù)的不足，而且表現出更高的修復效率。因此，利用納米材料對污染環(huán)境進(jìn)行修復已成為當今環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
我國在環(huán)境修復方面，特別是在即將大規模啟動(dòng)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(jìn)的修復技術(shù)從研發(fā)到運用方面還有很長(cháng)的路要走。
納米材料、C3反應 巨大比表面積助力環(huán)境修復
土壤納米顆粒泥漿（上）用于去除水塘里的磷
環(huán)境污染主要是由于人類(lèi)不合理的生產(chǎn)活動(dòng)和消費方式造成的。例如，不計全民健康代價(jià)的金屬礦產(chǎn)開(kāi)采造成的重金屬污染，煤、油、氣等化石燃料的過(guò)量使用帶來(lái)的復合污染，化工、農藥等行業(yè)導致的點(diǎn)源和面源污染。在工業(yè)革命甚至二戰以前，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(jiǎn)稱(chēng)碳）及其相互反應形成的復合體由于顆粒?。ㄔ谖⒚咨踔良{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， 一調羹材料的表面積比一個(gè)足球場(chǎng)還要大。同時(shí)，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(gè)屬性決定了粘土礦物-碳復合體的物理和化學(xué)活性，是吸附、固定、轉化各類(lèi)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(guān)的光學(xué)、電子、催化、磁性特征被用環(huán)境修復。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)帶空穴則是極強的氧化劑，對眾多污染物可以說(shuō)是無(wú)堅不摧。
納米材料進(jìn)行土壤修復 大規模應用為時(shí)尚早
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)得到了廣泛的應用。前不久有新聞報道一種單晶多孔光催化納米材料問(wèn)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》指出我國土壤重金屬污染嚴重，那么納米材料是否可以應用于土壤修復，有什么難點(diǎn)呢？
在過(guò)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(jià)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。
我國部分農地土壤重金屬污染嚴重，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)濟有效地修復重金屬污染土壤的技術(shù)還處在研究和試驗階段，目前還難以大規模推廣應用。
原因是多方面的。第一，沒(méi)有一種技術(shù)適用于所有土壤類(lèi)型;第二，土壤修復專(zhuān)家多數在研究機構和大學(xué)，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(cháng)期田間試驗的證實(shí)。
除了這些技術(shù)原因，更為困難的是，要不要修復重金屬污染土壤、誰(shuí)來(lái)支付修復費用這些根本性的問(wèn)題還缺乏頂層設計和切實(shí)可行的行動(dòng)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(shí)間內產(chǎn)生一批比較成熟的技術(shù)，可以在不同土壤類(lèi)型和農業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)的地區推廣使用。
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富營(yíng)養化湖泊的修復 前不久國家海洋局發(fā)布了《2013中國海洋環(huán)境狀況公報》，《公報》顯示我國近海污染也比較嚴重。
我國海岸帶地區集中了全國50%以上的大城市、約40%的人口和62%的國內生產(chǎn)總值。近海污染普遍而且嚴重，沿海11個(gè)省、市、自治區已經(jīng)找不到?jīng)]有污染的海域。污染物包括營(yíng)養鹽（N、P）、重金屬、有機污染物、溢油、細菌和病毒等。以渤海為例，大規模開(kāi)發(fā)利用的時(shí)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(shí)為世界罕見(jiàn)。由于污染面積大、程度深，近海污染治理會(huì )費時(shí)費力、耗資巨大。
從C3反應的自然規律出發(fā)，或許可以嘗試比較簡(jiǎn)單和花費較少的一個(gè)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(yíng)養鹽、重金屬、有機污染物、細菌和病毒污染物。這一設想目前還沒(méi)有被專(zhuān)家和官員門(mén)認可。
但事實(shí)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。渤海中少了數億噸的吸附劑，進(jìn)入渤海的污染物無(wú)處可去，只好留在海水中，消滅魚(yú)類(lèi)、產(chǎn)生三潮、危害人類(lèi)。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、轉化，降低它們的生物有效性。從技術(shù)方面講，修復土壤比修復水體更難、更費時(shí)，因為土壤是不動(dòng)的，而水體是流動(dòng)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
納米材料具有相同成分的其他材料所沒(méi)有的光、電、磁、催化特性，在環(huán)境修復中有著(zhù)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(lái)。限制其應用的主要是成本和社會(huì )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移到液相才能發(fā)揮納米材料的功效。
隨著(zhù)民眾對環(huán)境質(zhì)量期望的日益提高、經(jīng)濟的進(jìn)一步發(fā)展、修復技術(shù)的不斷改進(jìn)，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，如室內空氣凈化器中使用的光催化材料;更多的是民眾沒(méi)有注意到的，如汽車(chē)尾氣處理、電廠(chǎng)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)境修復中的應用前景更多地受環(huán)境立法和執法的影響。完善的立法和嚴格的執法是環(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(shí)，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，數量巨大、沒(méi)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(gè)有趣的科研方向，也具有重要的經(jīng)濟和社會(huì )價(jià)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(kāi)車(chē)、水電和食物的浪費、過(guò)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，則常足。取之無(wú)度，用之無(wú)節，則常不足。”精辟地總結了生活方式對環(huán)境的影響。
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