中國粉體網(wǎng)訊 納米技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)最具潛力的科學(xué)技術(shù)，將納米技術(shù)運用于環(huán)境領(lǐng)域，開發(fā)出造福社會的新技術(shù)，是納米環(huán)境人共同的“詩與遠(yuǎn)方”。本文整理了納米材料技術(shù)與環(huán)境的最新研究進(jìn)展，內(nèi)容涵蓋納米復(fù)合材料的研究及應(yīng)用、納米尺度下污染物的作用機(jī)理及控制措施、天然納米顆粒的追蹤及環(huán)境行為等，涉及水、大氣、土壤、固廢等多個環(huán)保領(lǐng)域。
1.基于碳納米材料和納米效應(yīng)的膜分離技術(shù)及其水處理特性
大連理工大學(xué) 全燮教授
全燮教授團(tuán)隊研究了膜分離技術(shù)在水和廢水處理中發(fā)揮重要的作用，例如在海水淡化、飲用水處理、污水處理-MBR、近零排放-工業(yè)廢水深度處理回用。全燮教授認(rèn)為需解決高通量（高滲透性）、高選擇性（高截留率）、抗膜污染的膜分離新方法新原理等關(guān)鍵科學(xué)問題；并形成高通量（高滲透性）、高選擇性（高截留率）、抗膜污染和可工業(yè)化生產(chǎn)的分離膜的制備技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)突破。全燮教授闡述了基于碳納米材料的膜分離技術(shù)和膜分離與催化O3氧化耦合中納米效應(yīng)。全燮教授團(tuán)隊得出結(jié)論：基于碳納米材料的分離膜具有高滲透率、高通量的特性；碳納米材料的分離與電化學(xué)耦合-抗膜污染、提高截留率，同時膜分離與催化臭氧氧化耦合產(chǎn)生納米效應(yīng)，強(qiáng)化羥基自由基的產(chǎn)生，從而提高污染物的氧化分解效率。
2.抗生素的濫用與控制策略及處理技術(shù)
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 劉錦淮研究員
劉錦淮研究員認(rèn)為控制策略上需抗生素的污染控制策略與技術(shù)并行，既要明晰排放源清單排放量，也需研發(fā)新的抗生素處理技術(shù)。其團(tuán)隊的總體研究思路是針對抗生素難去除問題，發(fā)展高效納米凈水材料，開發(fā)深度凈水技術(shù)，形成綜合處理方案，集成系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)污染物高效去除。其團(tuán)隊部分研究進(jìn)展：
（1）基于β-環(huán)糊精高效去除抗生素的納米吸附材料與技術(shù)研究，發(fā)展了一種富含納米孔的多孔β-環(huán)糊精聚合物實現(xiàn)對水中多種抗生素的高效、快速去除；
（2）EDTA-Fe(III)的類芬頓法對水體中孔雀石綠的去除，EDTA促進(jìn)了反應(yīng)體系羥基自由基（·OH）的快速產(chǎn)生，加快對抗生素孔雀綠的高效降解；
（3）一種納米雜多藍(lán)催化劑高效降解抗生素，發(fā)展出一種納米“線球”雜多藍(lán)類催化劑用于抗生素的降解；
（4）倒置A2+一體式微納曝氣好氧MBR聯(lián)合反應(yīng) ，具有膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，省掉二沉池與膜池，增加活性污泥濃度，微納曝氣技術(shù)提高生化反應(yīng)的效率等優(yōu)勢。團(tuán)隊在合肥濱湖醫(yī)院進(jìn)行抗生素深度處理技術(shù)中試與應(yīng)用，中試運行日處理醫(yī)院廢水10噸。
3.土壤中納米物質(zhì)提取、遷移及凈化作用研究
中國科學(xué)院南京土壤研究所 駱永明研究員
駱永明研究員團(tuán)隊的研究從土壤中天然納米膠體粒子入手，解決如何從土壤中獲得納米膠體粒子的方法學(xué)問題。在研究中，駱永明研究員提出了土壤納米膠體的分離制備方法，即以水作分散劑，采用連續(xù)分級的方法，可以簡單、快捷地獲得“原狀”的土壤納米膠體樣品，供土壤中納米物質(zhì)的研究。駱永明團(tuán)隊針對土壤中人工納米顆粒的遷移性，進(jìn)行可變電荷土壤中納米二氧化鈦遷移性的模擬研究。團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)溶解性有機(jī)質(zhì)含量高的鷹潭水耕人為土壤浸提液中nTiO2穩(wěn)定性更高；沉降過程，nTiO2吸附到土壤顆粒表面，與土壤顆粒共沉降；猜測nTiO2遷移性與土壤中無定形氧化鐵含量可能呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，大部分nTiO2可滯留在可變電荷土壤（紅壤）中。
4.納米晶生長調(diào)控技術(shù)資源化處理鉻渣的研究
華南理工大學(xué) 林璋教授
林璋團(tuán)隊人工調(diào)控納晶快速轉(zhuǎn)化的原理來消除礦物材料的納米效應(yīng)，實現(xiàn)毒性鉻的高效分離。林璋團(tuán)隊選取鉻鹽鉻渣，氯酸鹽鉻渣和電鍍鉻渣這三種典型鉻渣為對象，其工作思路首先是需要鑒別出影響Cr(VI)賦存的關(guān)鍵納米礦物，其次要探索出關(guān)鍵納晶快速轉(zhuǎn)化的途徑，同時研究如何實現(xiàn)晶相調(diào)控中Cr(VI)的高效分離，最后在此基礎(chǔ)上發(fā)展納晶快速轉(zhuǎn)化分離回收Cr(VI) 技術(shù)，并指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)驗證。
5.環(huán)境中納米顆粒的分離測定方法及生成轉(zhuǎn)化研究
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 劉景富研究員
劉景富團(tuán)隊利用濁點萃取分離富集納米銀和銀離子，并進(jìn)行納塑料的濁點萃取富集及Py-GC/MS測定，發(fā)現(xiàn)納塑料的濁點萃取無粒徑歧視；劉景富研究員在含銀納米顆粒的圓盤固相萃取實驗發(fā)現(xiàn)萃取前后粒徑不變。在納米顆粒的分離測定方法方面，將色譜圖中的保留時間換算成粒徑，得到納米顆粒的質(zhì)量與粒徑分布圖，利用納米顆粒的質(zhì)量與粒徑分布圖，可一步實現(xiàn)納米材料的尺寸表征、質(zhì)量定量和組成鑒定。
6.納米材料表面功能化修飾及對環(huán)境污染物去除研究
華北電力大學(xué) 王祥科教授
王祥科教授在研究中提到大量的放射性核素釋放到環(huán)境中，給環(huán)境污染和人類健康帶來了重大威脅，放射性核素和環(huán)境介質(zhì)的相互作用與其化學(xué)形態(tài)(chemical species)與微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。同時提到EXAFS方法研究重金屬離子在固體表面的微觀結(jié)構(gòu)，理論計算化學(xué)在環(huán)境化學(xué)中可作分子水平分析表征作用。
7.溶解性有機(jī)質(zhì)對納米顆粒環(huán)境行為與生物效應(yīng)的影響
浙江大學(xué) 林道輝教授
林道輝教授在研究中提到納米材料廣泛應(yīng)用，自身尺寸效應(yīng)具有毒性，暴露到環(huán)境中引發(fā)潛在毒性，環(huán)境組分與納米顆粒相互作用影響其風(fēng)險，亟需科學(xué)分析納米顆粒(NPs)的環(huán)境風(fēng)險。溶解性有機(jī)質(zhì)(DOM)是非常活躍的重要環(huán)境組分，林道輝教授工作闡明DOM對NPs環(huán)境行為與生物效應(yīng)的影響。林道輝團(tuán)隊的研究顯示：
（1）溶解性有機(jī)質(zhì)強(qiáng)烈吸附在疏水性納米顆粒表面，抑制其團(tuán)聚，提高其在水和土壤環(huán)境中的遷移性能；
（2）天然有機(jī)質(zhì)抑制納米顆粒-生物界面作用, 降低了納米顆粒的生物效應(yīng)。而真實環(huán)境中納米顆粒的行為與生物效應(yīng)是如何仍值得細(xì)致探究。
8.環(huán)境納米復(fù)合材料的構(gòu)建、規(guī)�；瘧�(yīng)用及若干納米限域特性
南京大學(xué) 潘丙才教授
潘丙才教授研究了在水中特征污染物深度凈化的迫切需求需要發(fā)展深度處理技術(shù)大背景下引出水處理納米技術(shù)。潘丙才教授研制的復(fù)合材料在污染物凈化速度與納米顆粒的穩(wěn)定性方面有顯著提升；而相比常用于重金屬凈化的離子交換樹脂，復(fù)合材料在污染物深度凈化能力與工作容量方面有十分顯著的提升。潘丙才團(tuán)隊還制備系列毫米尺寸復(fù)合納米吸附材料，材料噸級量產(chǎn)，首次實現(xiàn)我國環(huán)境納米復(fù)合材料的系列化、規(guī)模化生產(chǎn)，發(fā)明了基于新材料的工業(yè)廢水深度處理與回用新技術(shù)。
9.天然納米顆粒物對有機(jī)污染物的吸附及光催化轉(zhuǎn)化行為研究
北京大學(xué) 朱東強(qiáng)教授
在天然納米顆粒對污染物環(huán)境行為具有重要影響的研究背景下，發(fā)現(xiàn)天然納米顆粒是土壤有機(jī)污染物的吸附劑、載體和反應(yīng)器。在蒙脫石顆粒尺寸對其與四環(huán)素間作用的影響探究中發(fā)現(xiàn)四環(huán)素在11000rpm粘土樣品的吸附顯著低于其他組分的樣品，膠體蒙脫石顆粒形成“卡房”結(jié)構(gòu)，阻礙四環(huán)素分子進(jìn)入粘土層間（Xu and Zhu 2014, J. Environ. Qual.）。在蒙脫石膠體顆粒對四環(huán)素光轉(zhuǎn)化的促進(jìn)效應(yīng)探究中提出新型有機(jī)污染物在粘土表面吸附-轉(zhuǎn)化耦合作用新機(jī)制（Xu et al., 2018, Environ. Sci. Technol. Under revision.）。在離子效應(yīng)控制了溶解性黑碳的空間構(gòu)型和聚沉行為探究中發(fā)現(xiàn)Na+和Mg2+無法誘導(dǎo)溶解性黑碳的團(tuán)聚行為，而Ca2+易使溶解性黑碳脫穩(wěn)團(tuán)聚為解釋土壤有機(jī)質(zhì)高含量芳香組分提供了新視角。
10.微納米尺度物質(zhì)健康影響評價技術(shù)與應(yīng)用
中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院 襲著革研究員
在比較研究各個尺度微納粒子健康危害的基礎(chǔ)上，重點研究了PM2.5和納米材料，圍繞環(huán)境中微納粒子進(jìn)行健康影響評價的3個關(guān)鍵問題，一是微納粒子健康危害的靶點和劑量關(guān)系，二是是否會吸附環(huán)境污染物，放大其危害，三是傳統(tǒng)評價技術(shù)是否適合納米粒子。發(fā)現(xiàn)了納米材料可促進(jìn)細(xì)菌之間接合質(zhì)粒介導(dǎo)的耐藥基因轉(zhuǎn)移；揭示了微納米粒子對血管外膜和內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能損傷的特點和規(guī)律；定量表征了PM2.5、納米顆粒物及載帶致癌物的尺寸效應(yīng)和致癌作用；建立了毒理學(xué)替代動物線蟲的毒性評價技術(shù)和環(huán)境安全劑量的評價方法。
11.貴金屬催化劑催化凈化VOC研究
北京工業(yè)大學(xué) 鄧積光研究員
研究在如何提高0.05 wt%Pt/TiO2催化凈化丙酮的性能研究上，發(fā)現(xiàn)CeO2可顯著提高0.06 wt% Ag/Mn2O3催化凈化甲苯的穩(wěn)定性。分析Ce改性0.05 wt%Pt/TiO2催化凈化丙酮的過程發(fā)現(xiàn)丙酮吸附在催化劑表面，在低溫下丙酮部分氧化生成甲酸鹽物種；隨著反應(yīng)溫度的升高，甲酸鹽變成碳酸鹽物種；最后中間物種完全氧化生成CO2和H2O。報告小結(jié)得到貴金屬-氧化物界面是主要活性位，具有優(yōu)異的催化凈化丙酮性能；調(diào)控表面酸堿性，可適當(dāng)提高催化劑抗CO2和SO2性能等結(jié)論。
12.微生物即時檢測檢驗技術(shù)研究
大連理工大學(xué) 劉猛教授
在水(食)源性致病菌的背景下，研究即時檢測檢驗技術(shù)，從傳統(tǒng)實驗室到紙芯片實驗室，從傳統(tǒng)儀器到微流控紙分析器件。針對致病菌C.difficile的快速檢測，利用體外進(jìn)化技術(shù)篩選出具有特異性識別和強(qiáng)結(jié)合能力的功能核酸分子；發(fā)展了新型的恒溫指數(shù)核酸擴(kuò)增方法，實現(xiàn)了識別信號的放大；利用折紙原理，制備了三維紙基微流控芯片，實現(xiàn)了分子識別和信號放大的可控偶聯(lián)，用于致病菌的快速和高靈敏檢測。劉猛教授說他的工作是用體外進(jìn)化的力量解決環(huán)境分析化學(xué)問題。
13.納米砷渣中砷的釋放與氧化：可見光的促進(jìn)作用
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 張靜研究員
在研究中總結(jié)道砷渣的排放與堆積產(chǎn)生巨大環(huán)境危害，光照大大促進(jìn)了砷渣中砷的釋放和氧化，增加環(huán)境危害，光照產(chǎn)生活性氧及硫自由基，導(dǎo)致砷和硫的釋放與轉(zhuǎn)化，對重金屬遷移轉(zhuǎn)化、硫元素的地球化學(xué)循環(huán)影響，砷渣環(huán)境行為的研究對堆存與后處理的指導(dǎo)意義。張靜研究員同時還提到下一步工作計劃是抑制砷的釋放——固化穩(wěn)定化策略，進(jìn)一步促進(jìn)釋放——分離回收利用。
14.納米銀材料在水環(huán)境中化學(xué)轉(zhuǎn)化行為的影響機(jī)制研究
南開大學(xué) 祝凌燕教授
在研究中提到納米銀材料在水環(huán)境中的化學(xué)轉(zhuǎn)化（包括氧化溶解和硫化轉(zhuǎn)化）是復(fù)雜的異相反應(yīng)。其中納米銀材料的表面積是影響硫化速率的關(guān)鍵因素之一，納米銀的硫化是以直接硫化為主的過程，陽離子表面活性劑顯著促進(jìn)納米銀線的氧化溶解和硫化轉(zhuǎn)化，納米二氧化鈦促進(jìn)納米銀的氧化溶解和再還原形成更加小粒徑的納米銀，將改變其生物效應(yīng)。
15.納米尺度下礦物和有機(jī)質(zhì)相互作用機(jī)制及其對重金屬環(huán)境行為影響
華南理工大學(xué) 石振清教授
石振清教授發(fā)現(xiàn)鐵礦物轉(zhuǎn)化、重金屬形態(tài)分布以及有機(jī)質(zhì)分布之間的動態(tài)耦合影響著重金屬環(huán)境行為和礦物及有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定性。納米甚至原子尺度下的微觀機(jī)制的研究有助于準(zhǔn)確的建立宏觀環(huán)境模型來預(yù)測重金屬多尺度動力學(xué)行為。分子層次上有機(jī)質(zhì)在礦物表面上的分餾機(jī)制有助于建立機(jī)理模型預(yù)測有機(jī)質(zhì)和污染物環(huán)境行為。石振清教授通過將重金屬和土壤反應(yīng)的熱力學(xué)平衡（靜態(tài)）和動力學(xué)反應(yīng)（動態(tài)）有機(jī)整合在一起，建立了不同條件下的重金屬反應(yīng)的通用模型；發(fā)展的模型有助于預(yù)測重金屬的生物有效性、環(huán)境轉(zhuǎn)化和歸宿。
16.過渡金屬氧化物@環(huán)糊精與有機(jī)微污染化合物的催化降解
山東大學(xué) 占金華教授
從識別，催化和選擇性輸出三方面凝練工作。識別：環(huán)糊精與有機(jī)微污染的主客體相互作用；催化: 過渡金屬氧化物納米材料催化過氧化氫等氧化劑產(chǎn)生氧化性自由基；選擇性輸出：有機(jī)微污染被催化降解為各類小分子酸。
17.石墨烯在典型生物體內(nèi)的分布、遷移與轉(zhuǎn)化
南京大學(xué) 毛亮副教授
主要得到石墨烯能夠在水稻根、莖葉累積，石墨烯還能夠跨過細(xì)胞膜進(jìn)入葉綠體；暴露于石墨烯的水稻莖葉中羥基自由基的存在，可能是導(dǎo)致水稻莖葉中石墨烯礦化的原因；從土培實驗進(jìn)一步證實了累積的石墨烯在水稻中能被礦化等結(jié)論。
18.幾種接近實用化的SERS襯底與器件
中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 孟國文研究員
孟國文教授團(tuán)隊實現(xiàn)對甲基對硫磷農(nóng)藥模擬污染液的快速痕量檢測（Huang , Meng*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 17247 (2015)），搭建了基于“納米結(jié)構(gòu)光纖探針增強(qiáng)型”便攜式器件（Huang, Meng*, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces, 7, 17247 (2015)；Liu, Meng, Mao, et al. Nanoscale 8,10607(2016)），研制了“光纖探針增強(qiáng)型”便攜式拉曼光譜儀樣機(jī)，實現(xiàn)了對污染土壤提取液中兩種多氯聯(lián)苯的快速檢測。
19.同位素指紋追蹤環(huán)境中納米顆粒的來源
中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 劉倩研究員
劉倩研究員研究中說道兩類重要的環(huán)境顆粒態(tài)污染物：PM2.5、納米顆粒物(超細(xì)顆粒物)，在目前的認(rèn)知是不能夠通過同位素指紋揭示顆粒物來源，例如Ag同位素指紋不能直接區(qū)分天然與工程納米銀（Q. Liu*, G. Jiang*, Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 682-686）。而劉倩研究員發(fā)現(xiàn)不同污染源具有顯著不同的Si同位素指紋，滿足同位素溯源的前提條件，利用Si同位素判斷重點污染源（Environ. Sci. Technol. 2018, 52, 1088−1095），并實驗利用Si同位素指紋反映了近年北京PM來源的變化。
20.MXene材料對錒系元素的吸附與固定化研究
中國科學(xué)院高能物理研究所 石偉群研究員
石偉群研究員以V2CTx為示范，首次從實驗上證實了MXene材料可用于放射性核素的吸附分離。理論預(yù)測了Ti3C2Tx與U(VI)具有較強(qiáng)的相互作用，并通過插層和水化處理使Ti3C2Tx對U、Th、重金屬離子、染料分子的吸附容量大幅提高，并利用MXene的納米多層結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對放射性核素的高效封裝固定。研究了Ti2CTx對U(VI)的持續(xù)吸附-還原固定行為，低pH條件下仍可實現(xiàn)U(VI)的高效去除，并對還原機(jī)理進(jìn)行了深入研究。
21.無機(jī)助催化芬頓反應(yīng)體系處理有機(jī)污染物廢水的研究
華東理工大學(xué) 邢明陽副教授
邢明陽副教授發(fā)現(xiàn)三維石墨烯助催化光芬頓體系可實現(xiàn)中性條件下對有機(jī)污染物的有效去除；硫化物助催化芬頓體系可促進(jìn)鐵離子高效循環(huán)，實現(xiàn)其對有機(jī)污染物的快速高效去除，實現(xiàn)同步氧化還原反應(yīng)，及暗反應(yīng)條件下的快速殺菌。同時，邢明陽副教授報告中提到鉬粉助催化芬頓體系有望在同步氧化還原、選擇性氧化等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
22.放射性核素的環(huán)境行為及其在納米材料上富集機(jī)理
華北電力大學(xué) 孫玉兵副研究員
在研究中，孫玉兵研究員提到放射性核素的環(huán)境行為不僅與土-水-氣界面相關(guān)，而且放射性核素本身的化學(xué)形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)也密切相關(guān)。而我們?nèi)绾螠?zhǔn)確地預(yù)測和評估放射性核素在環(huán)境化學(xué)行為？孫玉兵團(tuán)隊通過批次實驗法研究放射性核素在不同環(huán)境條件下吸附過程，然后利用表面絡(luò)合模型模擬其吸附過程，并揭示在不同環(huán)境介質(zhì)中的作用機(jī)理，能夠很好地預(yù)測放射性核素在實際環(huán)境介質(zhì)中的化學(xué)行為。
23.原位紅外在研究光催化表面反應(yīng)中的應(yīng)用
中國科學(xué)院化學(xué)研究所 陳春城研究員
陳春城研究員驗證了氫鍵吸附在{001}面的水分子優(yōu)先氧化，得到水分子在不同的晶面上有不同的吸附模式及只有氫鍵吸附在{001}的水分子被氧化的結(jié)論。同時發(fā)現(xiàn)配位吸附的水不利于被空穴氧化，氫鍵吸附有利于空穴氧化的發(fā)生，并不是吸附越強(qiáng)越有利于氧化反應(yīng)。
24.還原鉻渣堆存過程中的Cr(VI)緩釋機(jī)理及解決策略
華南理工大學(xué) 劉煒珍副教授
劉煒珍副教授認(rèn)為鈣礬石是還原堆存鉻渣中影響Cr(VI) 緩釋的關(guān)鍵物相之一，它含有晶格態(tài)的Cr(VI)，但是在環(huán)境CO2等條件下容易晶格破壞從而釋放出Cr(VI)。鈣礬石對于還原堆存鉻渣的環(huán)境風(fēng)險評估具有重要意義。還原鉻渣緩釋Cr(VI)的解決策略：用碳酸鹽作為調(diào)控劑，可導(dǎo)致鈣礬石的物相轉(zhuǎn)變，從而釋放Cr(VI)。水熱條件是必須的，可以促進(jìn)晶體生長，使鉻渣徹底脫毒并回收Cr(VI)。
25.半導(dǎo)體光能驅(qū)動催化降解污染物界面機(jī)制的研究
南開大學(xué) 展思輝教授
展思輝教授通過材料界面化學(xué)官能團(tuán)調(diào)控實現(xiàn)目標(biāo)污染物的靶向去除和催化氧化一體化。在同軸Fe@TiSi快速凈化典型染料廢水實驗中發(fā)現(xiàn)γ-Fe2O3核心可以使纖維催化劑更容易從水中回收，Si的摻雜可以提升光催化降解效率，摻雜硅可以擴(kuò)展可見光吸收,抑制空穴−電子重組,并縮小TiO2的帶隙。
26.基于光催化技術(shù)處理污水中鉻離子的研究
上海師范大學(xué) 卞振鋒教授
卞振鋒教授團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)通過表面簡單修飾，可實現(xiàn)選擇性吸附/脫附六價鉻/三價鉻離子，提高光催化還原速率，抑制光催化劑失活。
本文資料來源于材料牛。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青禾）
