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纳米材料进行土壤修复 大规模应用为时尚早
记者:纳米技术的发展历史很短,但在环境科学领域已经得到了广泛的应用。前不久有新闻报道一种单晶多孔光催化纳米材料问世,可以有效去除废水中的重金属六价铬,4月17日发布的我国《土壤环境状况公报》指出我国土壤重金属污染严重,那么纳米材料是否可以应用于土壤修复,有什么难点?
袁国栋老师:虽然天然的纳米颗粒在人类出现以前就存在,人工合成纳米材料的历史却很短。Kroto、Curl、Smalley等在1985年首先合成C60纳米球,3人因此分享1996年的诺贝尔化学奖。在过去的10多年里,纳米材料用于环境净化和修复的报道层出不穷,在空气净化、废水处理、土壤修复等方面都有成功的例子。如TiO2等光催化材料已广泛用于空气净化、零价纳米铁已用于地下水和土壤中有机污染物的降解、核-壳结构的Mn-Fe/MnO2纳米材料用于去除水中的重金属。
我国部分农地土壤重金属污染严重,这是事实。天然纳米颗粒(如一些粘土矿物)和合成的金属氧化物纳米材料已经被证明在降低重金属的移动性和生物有效性方面有效果。但是,能够经济有效地修复重金属污染土壤的技术还处在研究和试验阶段,目前还难以大规模推广应用。
原因是多方面的。第一,没有一种技术适用于所有土壤类型;第二,土壤修复专家多数在研究机构和大学,不直接承担土壤修复项目;第三,重金属污染土壤修复的效果及副作用还缺乏长期田间试验的证实。除了这些技术原因,更为困难的是,要不要修复重金属污染土壤、谁来支付修复费用这些根本性的问题还缺乏顶层设计和切实可行的行动计划。但是,追求蓝天、碧水、净土、健康是一代比一代更为强烈的民意。政府有责任增加在土壤修复方面的研发投入,以期在5–10年时间内产生一批比较成熟的技术,可以在不同土壤类型和农业生产特点的地区推广使用。
C3反应修复污染土壤 难度高于净化海水
矿物型纳米材料用于新西兰富营养化湖泊的修复
记者: 前不久国家海洋局发布了《2013中国海洋环境状况公报》,《公报》显示我国近海污染也比较严重,您研究过纳米粘土去除废水中的磷,那么纳米粘土是否也可以应用于近海污染修复中,这与土壤修复有何异同点呢?
袁国栋老师:我国海岸带地区集中了全国50%以上的大城市、约40%的人口和62%的国内生产总值。近海污染普遍而且严重,沿海11个省、市、自治区已经找不到没有污染的海域。污染物包括营养盐(N、P)、重金属、有机污染物、溢油、细菌和病毒等。以渤海为例,大规模开发利用的时间不到30年,但其污染的程度已经触目惊心:褐潮、绿潮、赤潮三潮齐发,实为世界罕见。由于污染面积大、程度深,近海污染治理会费时费力、耗资巨大。
但是,我们从C3反应的自然规律出发,或许可以尝试比较简单和花费较少的一个办法:让黄河之水和泥沙不加截留地流入渤海一年,利用泥沙中的粘土矿物-碳复合体清除渤海中营养盐、重金属、有机污染物、细菌和病毒污染物。这一设想目前还没有被专家和官员门认可。
但事实情况是近几十年因为水利工程等因素,黄河入海泥沙量有亿吨级/年的减少。渤海中少了数亿吨的吸附剂,进入渤海的污染物无处可去,只好留在海水中,消灭鱼类、产生三潮、危害人类。粘土矿物用于水体和土壤修复,其共同原理是利用粘土矿物的吸附能力将污染物固定、转化,降低它们的生物有效性。从技术方面讲,修复土壤比修复水体更难、更费时,因为土壤是不动的,而水体是流动的;土壤的缓冲容量比水体大,因而滞后效应更大、更难修复。
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