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摘要：近年来，随着环境分子科学的快速发展，纳米材料在污染环境修复研究中越来越受到重视并成为新的研究热点。纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1~100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米颗粒所组成的新一代材料。纳米材料的特殊理化性质取决于其颗粒大小（比表面积和分布）、化学构成（纯度），因此，纳米材料在物理性能如磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有吸附、催化、辐射、吸收等新特性。纳米颗粒由于其大量的微界面及微孔性，可以强化各种界面反应。
关键词：污染环境修复；纳米材料；应用
传统污染水体的修复技术，如截污技术、底泥疏浚和底泥覆盖技术、人工曝气富氧技术、人工岸边植被技术，都属于辅助治理手段，不能彻底改善水质，而生物修复技术在一定程度上弥补了以上技术的不足，但由于自身活性受温度和酸碱性等环境条件的影响，使得该法在对水体进行修复时也存在着一定的局限性。污染土壤修复常用方法有淋滤法、客土法等物理方法以及生物化学还原法、络合浸提法等化学方法，这些方法往往投资昂贵、需要有复杂设备条件或打乱土层结构，对大面积污染无可奈何。与传统的环境修复技术相比，表面效应、体积效应、量子尺寸和宏观量子隧道效应赋予了纳米材料特有的性能，如巨大的比表面积、超强的吸附、催化和螯合能力，使得纳米材料不仅克服了传统修复技术的缺点，而且还表现出极高的修复效率。因此，利用纳米材料对污染水体和土壤进行修复已成为当今环境领域的研究热点。
1 纳米材料的制备方法与种类
纳米材料制备主要分物理和化学2种方法，其中物理制备方法主要有真空冷凝法、物理粉碎法及机械球磨法等，化学方法则可分为气相沉积法、化学沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法及微乳液法等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，由于操作简单、成本低等特点，物理粉碎法、机械球磨法及化学（共）沉淀法（如氧化物类颗粒）在环境污染防治的纳米材料制备中应用较多，但相对于真空冷凝及溶胶凝胶法而言，上述方法制备的纳米材料大多具有产品纯度低、颗粒分布不均匀的特点，如机械球磨法所制得的颗粒物最大直径可达300nm，其平均粒径与制备物本身的结晶程度有很大关系。
目前，国内外在应用于污染土壤修复的环境功能材料的研制及其应用技术还刚刚起步。文献报道的用于土壤污染防治及水体净化的纳米修复剂材料主要包括纳米型（黏土）矿物（如纳米蒙脱土、纳米高岭土等）、碳质纳米材料（如C60材料、单束碳质纳米管等）、金属氧化物（如ZnO、Fe2O3、Fe3O4、CrO2及TiO2等）、零价金属材料（如零价铁、银等）以及各种纳米型聚合物（如化学传感器、DNA芯片等）、半导体材料（如各种纳米晶粒材料，量子点：QDs）等。近年来纳米材料在环境污染治理应用方面，关于利用金属氧化物如TiO2、ZnO/WO3进行污水中金属离子的光催化还原反应去除污水中无机金属离子（Hg2+，Pb2+，Cr6+等）及有机污染物的研究大量报道。随着研究的逐步深入，利用不同廉价纳米型（黏土）矿物等进行重金属污染土壤治理与污水净化的研究越来越受到重视。
2 纳米材料在污染土壤修复中的应用
纳米材料在有机物污染土壤修复中的应用土壤光催化降解（光解）是一项新兴的有机物污染土壤原位修复技术，在农药等污染土壤的修复中将具有广阔的应用前景。随着纳米型氧化物催化技术、黏土矿物改性技术等在土壤环境和农业生产领域应用的逐渐渗透，利用纳米铁粉、TiO2等去除污染土壤和地下水中的有机氯等污染物的研究越来越受到重视。如卡内基梅隆大学（CMU）和爱达荷州国家环境工程实验室的研究人员目前正在用纳米型氧化物材料进行受三氯乙烯（TCE，一种广泛用于金属除油的致癌溶剂）污染土壤的修复，以替代传统的处理方法。先用磁芯电抗铁将含氯有机溶剂快速降解成无毒无害产物，然后采用原子转移自由基聚合（ATRP）技术给含铁分子包裹两层聚合体壳，使不同结构和功能的组分被以纳米形式加入到合成的颗粒中。颗粒外面的一层聚合体壳具有亲水性，使颗粒易于在土壤空隙中迁移而顺利接近TCE，颗粒里面一层疏水壳则让它停留在水和TCE分界面上，之后颗粒核芯中的铁就可以有效降解有毒有机物。利用酸催化的溶胶–凝胶（Sol-Gel）法制备了纳米TiO2半导体催化剂，并利用环己烷在其上的光催化氧化进行了结构与其催化性能关系的研究，结果表明，室温条件下TiO2纳米颗粒可催化环己烷中很难活化的C—H键降解，转化为环己醇。
针对纳米颗粒的环境安全性研究越来越受到重视。主要包括：1）功能化纳米材料的环境安全性评价方法的建立。纳米材料的特殊物理化学性质决定了其危险性评价方法与常规材料不尽相同，所以纳米材料生态危险性评价的研究策略及测定方法的建立非常重要，但目前并没有国际认可的统一方法，应引起研究者的重点关注。2）对功能化纳米材料的环境暴露评价体系研究。暴露评价对于研究纳米材料的安全性非常关键，明确纳米材料环境释放的途径和程度是首要解决的问题。针对纳米材料的物理化学特性，需要发展新的环境风险监测方法及检测仪器，目前暴露研究进展缓慢的原因主要在于缺乏适用于纳米材料监测的有效方法及工具。3）纳米材料的环境行为研究。纳米材料可在土壤、大气和水体环境之间迁移或转化，因此，建立新的或修改已有的颗粒迁移、转化模型以研究纳米材料在不同环境中的迁移规律、生物蓄积和生物降解过程及可能的特性改变将具有十分重要的意义。
3 发展趋势
根据国内外纳米材料应用于污染水体和土壤修复的研究现状和动态，未来主要有以下几个方面需重点开展：1）加大纳米材料对重金属和有机污染物联合毒性降低和治理的修复研究，由对单一污染物修复跨入到更为实际的多污染物混合污染或复合污染修复研究中，实现同时对多污染物的修复；2）加强纳米颗粒改性和负载的研究，即经济又高效的修饰性纳米颗粒的环境应用，一方面实现降低纳米材料在污染环境修复中的成本，同时通过对纳米颗粒的修饰以提高其在污染土壤中的分散性和传递距离，从而加大应用范围；3）开展纳米修复技术和植物修复技术、微生物修复技术的联用和综合研究，这不仅可以把纳米技术应用到污染土壤的修复中，同时可以有效缩短修复时间，提高修复效率；4）进行纳米生物材料制成土壤给养供养调理剂和土壤修复剂的研究，充分利用纳米材料比表面积大、吸附性能强等优点，以改善土壤本身的通透性和保水、保肥性，从而减少有机污染物对土壤生态系统的毒性并且钝化重金属的污染效应；5）大力开展污染场地和原位污染土壤实地研究，验证纳米材料在实际应用中的效果和可行性；6）开展有效监测和纳米材料的生态环境安全研究，避免在使用纳米材料修复污染环境的同时又带来新的污染问题。
总之，在实际应用中，应对每个污染场地认真考察，明确污染物的类型和浓度、土壤基质的组成、孔隙度、渗透系数、地下水面坡度和流速等，针对性地制定修复策略，并在实验室通过土柱实验系统模拟现场环境考察纳米材料的稳定性、反应活性和迁移能力，评估出合适的纳米材料，并确定投放地点、输送方式、投放浓度和投放周期等。
参考文献：
[1]赵国强.环境矿物材料在土壤修复中的研究进展[J].农业与技术，2017，37（17）：24-26+39.
论文作者:王朋举,王长涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/20
标签：纳米材料论文; 土壤论文; 纳米论文; 颗粒论文; 环境论文; 技术论文; 污染物论文; 《基层建设》2017年第35期论文;