（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(yīng)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(duì)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。
納米材料、C3反應(yīng) 巨大比表面積助力環(huán)境修復(fù)
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(duì)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?。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(dá)1000平方米/克， 一調(diào)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(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(duì)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
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)呢？
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，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。
C3反應(yīng)修復(fù)污染土壤 難度高于凈化海水
礦物型納米材料用于富營養(yǎng)化湖泊的修復(fù) 前不久國家海洋局發(fā)布了《2013中國海洋環(huán)境狀況公報(bào)》，《公報(bào)》顯示我國近海污染也比較嚴(yán)重。
我國海岸帶地區(qū)集中了全國50%以上的大城市、約40%的人口和62%的國內(nèi)生產(chǎn)總值。近海污染普遍而且嚴(yán)重，沿海11個(gè)省、市、自治區(qū)已經(jīng)找不到?jīng)]有污染的海域。污染物包括營養(yǎng)鹽（N、P）、重金屬、有機(jī)污染物、溢油、細(xì)菌和病毒等。以渤海為例，大規(guī)模開發(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。由于污染面積大、程度深，近海污染治理會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、耗資巨大。
從C3反應(yīng)的自然規(guī)律出發(fā)，或許可以嘗試比較簡單和花費(fèi)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(fù)合體清除渤海中營養(yǎng)鹽、重金屬、有機(jī)污染物、細(xì)菌和病毒污染物。這一設(shè)想目前還沒有被專家和官員門認(rèn)可。
但事實(shí)情況是近幾十年因?yàn)樗こ痰纫蛩?，黃河入海泥沙量有億噸級(jí)/年的減少。渤海中少了數(shù)億噸的吸附劑，進(jìn)入渤海的污染物無處可去，只好留在海水中，消滅魚類、產(chǎn)生三潮、危害人類。粘土礦物用于水體和土壤修復(fù)，其共同原理是利用粘土礦物的吸附能力將污染物固定、轉(zhuǎn)化，降低它們的生物有效性。從技術(shù)方面講，修復(fù)土壤比修復(fù)水體更難、更費(fèi)時(shí)，因?yàn)橥寥朗遣粍?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(yīng)更大、更難修復(fù)。
納米材料雖有局限性 但前景廣闊 亟待認(rèn)可
納米材料具有相同成分的其他材料所沒有的光、電、磁、催化特性，在環(huán)境修復(fù)中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
在大氣和水體的污染修復(fù)中，這種優(yōu)勢(shì)可以充分地發(fā)揮出來。限制其應(yīng)用的主要是成本和社會(huì)方面的因素。土壤修復(fù)比大氣和水體修復(fù)更為困難，需要先將污染物從土壤固相轉(zhuǎn)移到液相才能發(fā)揮納米材料的功效。
隨著民眾對(duì)環(huán)境質(zhì)量期望的日益提高、經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、修復(fù)技術(shù)的不斷改進(jìn)，納米材料在污染控制和環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用將更為普遍。有些應(yīng)用是民眾能感受到的，如室內(nèi)空氣凈化器中使用的光催化材料;更多的是民眾沒有注意到的，如汽車尾氣處理、電廠廢氣處理、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(fù)中的應(yīng)用前景更多地受環(huán)境立法和執(zhí)法的影響。完善的立法和嚴(yán)格的執(zhí)法是環(huán)保產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的根本保障。
從經(jīng)濟(jì)有效性考慮，污染控制應(yīng)當(dāng)走在環(huán)境修復(fù)前面。只有污染得到了有效的控制，修復(fù)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(fù)方面的應(yīng)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(shù)量巨大、沒有制造成本，如何有效地將它們用于環(huán)境修復(fù)（尤其是土壤修復(fù)）既是一個(gè)有趣的科研方向，也具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。
最后，我們的生活方式和消費(fèi)行為需要更加環(huán)保，不必要的飛行和開車、水電和食物的浪費(fèi)、過快地更換電子產(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(jié)，則常足。取之無度，用之無節(jié)，則常不足。”精辟地總結(jié)了生活方式對(duì)環(huán)境的影響。
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