揭开神秘面纱：运用于环境修复的纳米材料

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

中国生态修复网： 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。

纳米材料虽有局限性 但前景广阔 亟待认可

中国生态修复网：虽然纳米材料可以应用于环境修复，但它们自身对环境有何要求，它们的适应性和环境稳定性如何呢?有何负面效应?

袁国栋老师：人工合成的纳米材料因为表面活性大，自身不是很稳定。比如，小颗粒会形成更大的团聚体，其功能会变差。另外，光催化纳米材料需要在紫外光或者可见光环境里才会起作用，在深水区或土壤里基本没有效果。

金属和金属氧化物纳米材料在酸性环境里会逐渐消失，溶解的金属离子可能会对微生物有影响，也可能影响别的元素的地球化学行为，还有可能被植物吸收，这方面缺乏长期的观测资料。加入土壤的纳米材料很难被分离出来，这和废水处理中磁性纳米颗粒可以回收的情况有所不同。

中国生态修复网：如今环境修复材料有很多种，纳米材料在其中有着独特的优势和特性，那么您认为纳米材料在环境修复中的前景如何呢?

袁国栋老师：纳米材料具有相同成分的大宗材料所没有的光、电、磁、催化特性，在环境修复中有着独特的优势。在大气和水体的污染修复中，这种优势可以充分地发挥出来。

限制其应用的主要是成本和社会方面的因素。土壤修复比大气和水体修复更为困难，需要先将污染物从土壤固相转移到液相才能发挥纳米材料的功效。随着民众对环境质量期望的日益提高、经济的进一步发展、修复技术的不断改进，纳米材料在污染控制和环境修复中的应用将更为普遍。

有些应用是民众能感受到的，如室内空气净化器中使用的光催化材料;更多的是民众没有注意到的，如汽车尾气处理、电厂废气处理、电镀/纺织等行业的废水处理等。除了技术因素，纳米材料在污染控制和环境修复中的应用前景更多地受环境立法和执法的影响。

完善的立法和严格的执法是环保产业快速发展的根本保障。从经济有效性考虑，污染控制应当走在环境修复前面。只有污染得到了有效的控制，修复才有意义。同时，我们要更加注重天然纳米颗粒在污染控制和环境修复方面的应用。由于天然纳米颗粒广泛存在于土壤、泥沙、沉积物等自然体，数量巨大、没有制造成本，如何有效地将它们用于环境修复(尤其是土壤修复)既是一个有趣的科研方向，也具有重要的经济和社会价值。

最后，我们的生活方式和消费行为需要更加环保，不必要的飞行和开车、水电和食物的浪费、过快地更换电子产品都直接或间接地增加污染物的排放、加重环境污染。“地力之生物有大限，取之有度，用之有节，则常足。取之无度，用之无节，则常不足。”精辟地总结了生活方式对环境的影响。

专家简介：袁国栋，博士，中国科学院烟台海岸带研究所研究员、博士生导师。先后在加拿大、日本、新西兰留学和工作24年。2013年全职回国工作，从事粘土矿物及其在海岸带应用的研究、培养相关的科研和技术转化人才。曾获加拿大自然科学和工程学基金会-日本科技厅联合博士后基金、新西兰皇家学会Marsden基金、丘吉尔首相纪念基金、日本学术振兴会特邀资助(二次),2012年入选国际SCI刊物《应用粘土科学》最高引用 (top 5)论文。先后担任 International Journal of Green Energy、 Applied Clay Science 等4种SCI刊物编委。2004年主编的 “Environmental Nanomaterials”(环境纳米材料)专刊是这一领域最早的出版物之一。

延伸阅读：

陈同斌：为重金属污染找解药