纳米材料在污染水体及土壤修复中的应用

1.赵海萍 2.王宇飞

1.三门峡市环境监测站 2.河南寰宇环保科技股份有限公司

纳米材料在污染水体及土壤修复中的应用

1.赵海萍 2.王宇飞

1.三门峡市环境监测站 2.河南寰宇环保科技股份有限公司

污染土壤以及污染水体成为经济发展的代价，为建立环境友好型的经济，如何修复被污染的水体以及土壤成为了国内外环境科学研究机构共同关注的问题，同时纳米材料因其具有巨大的表面积，能够对重金属离子以及有机污染物进行吸附的特性，为该领域提供了新的思路，本文将从纳米材料的种类出发，深入研究纳米材料在污染水体及土壤修复中的应用，以供相关从业人员借鉴学习。

纳米材料；污染土壤；重金属

随着环境分子科学的进步，纳米材料的研究领域逐渐拓宽，并在水体及土壤修复领域取得了一定的成效。纳米材料是指在三维空间尺度至少拥有一维度处于纳米量级的材料，由于其良好的表面效应，使其拥有特殊的化学结构，并具有吸附、催化、吸收等新特性。本文将从纳米材料的特点入手，深入研究纳米材料在土壤修复中的应用方法，以供相关从业人员借鉴学习。

一、纳米材料的制备方法与种类

(一)纳米材料的制备方法

纳米材料制备主要分为化学制备与物理制备两种方法，其中化学制备需要用到微乳液法、水热合成法、沉积法以及溶胶凝胶法。而物理的制备方法主要分为真空冷凝法、机械球磨法、物理粉碎法。[1]相比化学制备方法，物理方法的成本低，操作简单，因此被广泛的应用于纳米材料的制备工作中。尤其是机械球磨法是目前纳米材料制备的主要途径，但通过这种方法制备的纳米材料产品纯度低、颗粒分布不均匀，因此物理制备法必定被化学制备法所取代，变成纳米材料制备的主要方法。此外，在纳米材料制备的过程中，相关工作人员应该注意制备物与颗粒物有很大的关系，制备物的平均粒径越小，说明纳米材料的产品纯度越高，反之亦然。而制备物本身的的结晶程度越高，说明产品的颗粒分布越均匀，要求相关工作人员能够根据制备材料的平均粒径与结晶程度，选择合适的纳米材料的制备方法，从而在制备的过程中，得到纯度高、颗粒分布均匀的纳米材料产品。

(二)纳米材料的类型

从目前的研究情况而言，纳米材料应用于水体及土壤污染修复的工作才刚刚起步，许多技术还停留在理论层面上，没有直接应用于现实生活中水体及土壤污染的修复工作中，因此要分析纳米材料的类型，必须根据文献报道的某些理论。通常应用于水体及土壤修复的纳米材料包括纳米型矿物、碳质的纳米材料、金属氧化物、半导体材料以及各种类型的纳米型聚合物。例如在水体污染的修复工作中，一般使用金属氧化物进行金属离子的还原反应，从而保证水体中的重金属物质在光的催化过程中，去除污水中的无机金属离子，一般来说，TiO2、ZnO/WO3都属于此类金属氧化物。[2]近些年，廉价纳米型的矿物在进行水体污染修复工作中也初见成效，被业界持续关注。

二、纳米材料在污染水体及土壤修复中的应用

(一)纳米材料在污染土壤修复中的应用

重金属污染是土壤污染中常见的污染形式，相关工作人员可以利用纳米材料强大的吸附能力，增加土壤中重金属离子吸附、与重金属离子形成沉淀，从而达到去除土壤中的重金属污染的目标。无机纳米颗粒可用于制作土壤污染修复剂，由于这种颗粒本身具有极强的吸附能力，作用于污染土壤，能够将土壤中的重金属离子发生迁徙效应，因此纳米材料是未来转化污染土壤生物性的关键技术。纳米材料应用于土壤修复工作，可以追溯到上个世纪八十年代，上个世纪八九十年代，纳米材料开始被重视，并开展了Ag+污染土壤修复的研究。[3]相关研究人员发现，纳米粒子可在污染土壤中产生协同催化效应，能够在污染土壤的修复工作中取得良好的效果。根据这个原理，中国的刘义新提出可利用纳米修复剂进行重金属污染土壤原位修复的理论，并在后续的试验中证明有效。除此之外，纳米型修复剂还在有机物污染土壤的修复工作中具有广阔的应用前景，土壤在光催化降解的技术下，能够实现原位修复，从而达到污染土壤修复的效果。随着科技的发展，各种成本低廉的矿物改性技术得到业界的重视，并实际应用于有机污染土壤的修复工作中，例如利用纳米铁粉、TiO2等去除污染土壤中有机污染的技术，已经开始在农业生产领域得到证实。相关工作人员利用三氯乙烯代替了传统的修复剂，由于磁芯电抗铁在有机溶剂的化合作用下，能够虚度的降解为无毒害产物，因此可作为有机污染修复的重要技术。

(二)纳米颗粒在污染水体修复中的应用

纳米铁颗粒在去除污水、污泥中的有毒金属污染物，表现出良好的应用效果，因此在近年来的研究中，纳米铁颗粒越发的受到业界的重视，纳米颗粒在污染水体中污染物接触，可发生氧化还原反应，从而在化合反应的基础上去除污染物的毒性，使污染水体得到根治。并且纳米铁颗粒的成本低廉，相比传统水体修复技术，纳米铁颗粒对降低污染物毒性的效果是铁粉吸附方法的十倍，相关工作人员研究证明，纳米铁颗粒对有机水体中的污泥有很好的去除毒素的效果。尤其在Cr(Ⅵ)污染修复工作中，纳米铁粉能在短时间内增加污染的去除率。此外，利用浮游球菌的包裹效应，也能够对污染水体中的污泥起到良好的吸附效果，需要注意的是，水体中的PH值将直接影响纳米颗粒剂的污染去除效果，PH值越低，纳米颗粒的水体污染修复效果越好。除此之外，使用复合吸附剂也能对污染水体中的有毒物质产生良好的吸附效果，采用共沉淀法合成纳米级土壤氧化矿物，具有较高结合力，能够产生良好的絮凝效果。[4]

结语：

综上所述，在污染土壤治理及污染水体净化领域中，纳米材料还有很大的发展空间，如何增加纳米材料的催化降解效果，提高有机污染物的表面吸附，成为未来纳米材料的研究方向。随着纳米技术基础研究的深入，会加强纳米材料的薄弱环节，使其能够普及，有利于我国污染水体及土壤的修复工作。

[1]冯婧微.纳米零价铁及铁(氢)氧化物去除水中Cr(Ⅵ)和Cu～(2+)的机制研究[D].沈阳农业大学，2012.

[2]王萌，陈世宝，李娜，马义兵.纳米材料在污染土壤修复及污水净化中应用前景探讨[J].中国生态农业学报，2010，02：434-439.

[3]张文通，陈勇，陈超，陈昌兵，刘欣伟.纳米TiO_2光催化材料在环境土壤修复中的应用研究进展[J].材料导报，2015，11：49-54.

[4]张环.负载型纳米铁铜二元金属的合成与改性及其修复地下水中有机氯污染物的基础研究[D].南开大学，2015，12：5649-5658.