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【题  名】 纳米材料在有机污染土壤修复中的应用与展望

【出  处】 北极星环保网

【日  期】 2017.11.04

【作  者】 /

【关键词】 环境治理 土壤修复 有机污染物 污染土壤

【正  文】

 
    伴随着工农业生产过程,农药以及多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和石油烃等典型有机污染物被排入土壤环境,因其隐蔽性、滞后性和长期性等特点,人们一度忽视它们所产生的环境危害。大多数有机污染物具有水溶性差、难降解和高毒性等特点,改变正常的土壤结构和功能,弱化土壤的生产能力,并通过生物富集作用对人体产生致突变、致畸和致癌的潜在危害。
   近年来,有机污染土壤修复研究引起了人们的广泛关注,传统有机污染土壤修复包括物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等。
   物理修复技术主要包括气相抽提技术和热解吸等,气相抽提技术成本低、可操作性强,能够进行原位修复,但是对低挥发性有机物的处理效果较差且后期处理效率低;热解吸工艺简单、周期短,处理挥发性和半挥发性有机污染物效率较高,但该技术耗费能源,破坏原有土壤结构和生态系统,不适用于大范围应用。
   化学修复技术主要包括土壤淋洗和化学氧化还原技术等,这些技术对面积小和污染重的土壤修复效果较好,但对渗透性差的土壤修复效果不明显,会破坏原有的土壤结构和生态系统,亦有引起二次污染的潜在危害。
   生物修复技术包括植物修复和微生物修复技术等,尽管具有物理修复和化学修复技术无可比拟的优越性,费用较低,是环境友好型修复技术,但修复时间长,且任何一种技术都不能很好地对有机物污染土壤进行单独修复。这些传统修复技术的缺点严重制约了有机污染土壤修复的效率和发展。
   随着科技的发展和科技人员对修复技术的不断创新,纳米材料(粒径为1~100nm)修复技术作为一种高效、经济的有机污染土壤修复技术为人们提供了新的研究机遇。
   与传统有机污染土壤的修复技术相比,纳米材料具有巨大的比表面积、超强的吸附螯合能力和优秀的催化活性,使得纳米材料修复技术克服了传统修复技术的部分缺点,在有机污染土壤修复中表现出极高的修复效率。
   近年来,环境友好型纳米材料修复有机污染土壤的研究已成为国内外关注的热点,主要集中在纳米材料的制备、结构表征、污染物去除机制和去除效率等方面。本文综述了目前国内外纳米材料去除土壤有机污染物的研究进展,总结了纳米材料能够发挥实用性所具备的性质,以期为今后纳米材料修复有机污染土壤研究提供借鉴。
   1纳米材料在有机污染土壤修复中的应用
   1.1金属类纳米材料及其改性技术
   1.1.1纳米零价铁(Nanoscalezero-valentiron,nZVI)
   nZVI因具有修复费用低,环境扰动小和健康风险低等优良特点被广泛应用于有机污染水体和土壤的修复领域。nZVI的比表面积可以高达140m2˙g-1,而传统的颗粒铁粉只有1.8m2˙g-1。与传统的颗粒铁粉相比,nZVI具有粒径小、比表面积大、表面吸附能力强、反应活性强、高还原效率和高还原速率等优点。
   Wang等研究发现,nZVI对三氯乙烯(TCE)和PCBs的还原脱氯速率常数是传统颗粒铁粉的10~100倍。
   Reddy等在应用nZVI和传统颗粒铁粉降解土壤中的毒死蜱时发现,nZVI的降解率为90%,而传统颗粒铁粉的降解率仅为32%。
   nZVI降解有机污染物主要通过吸附和还原作用。在降解的初始阶段,nZVI因其巨大的比表面积具有强的吸附能力,在反应体系中nZVI发生电极反应,产生亚铁离子(Fe2+)和氢气(H2),在降解过程中,具有强还原能力的nZVI、Fe2+和H2作为还原剂提供电子,与环境中的有机污染物发生反应,并将其转化为对环境相对无害的小分子。
   Reddy等研究还发现,nZVI可在10d内通过水解作用和还原脱氯作用降解土壤中90%的毒死蜱。
   Satapanajaru等认为,nZVI在1个月内主要通过还原脱氯作用降解了52%的莠去津(0.02mg˙g-1)。
   Chang等发现,增加nZVI的浓度可以有效提升其对芘的降解效率,并在降解的过程中产生氢氧化物,将土壤的pH值从4.8增加到8.5,氧化还原电位从+400mV变为-500mV,形成更利于降解有机污染物的强还原环境。
   一般认为作为电子供体的nZVI需要在缺氧环境中才能还原分解有机污染物,溶解氧或水的存在会降低其反应活性和降解效率。但是Gomes等发现,即使反应体系存在空气和水,nZVI仍可以在短时间内降解接近80%的草达灭农药污染物。

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