納米凈水廠推廣不易

　　雖然納米材料能夠很好地完成凈水和殺菌工作，但它的推廣也不簡(jiǎn)單。

　　文｜辛江

　　制圖｜李婷婷

　　露營(yíng)的時(shí)候，我們可以用塑料膜收集露水和蒸餾水，不太緊急的話，隨身攜帶幾小塊明礬也能將水凈化到可以飲用的程度。但是大規(guī)模的供水設(shè)施則無(wú)法使用這種方式，而這正是目前大多數(shù)資源匱乏地區(qū)和發(fā)展中國(guó)家所面臨的問(wèn)題—在今天的世界上，有接近十億人無(wú)法獲得足夠清潔的飲水。

　　研究者們正在嘗試將納米技術(shù)應(yīng)用到水處理當(dāng)中，最近出現(xiàn)的一些基于納米纖維的吸附、過(guò)濾和催化殺菌材料，也許可以讓更多的人遠(yuǎn)離因飲水而導(dǎo)致的疾病和死亡。

　　由于其微小的體積，相比而言，納米纖維和其他納米材料的表面積大得驚人。就像活性炭在冰箱除味劑中起到的作用一樣，這樣巨大的表面積將能夠吸附水中的有害物質(zhì)。吸附劑的吸附效率和它粒徑大小有關(guān)，而納米粒子的粒徑只有數(shù)十到數(shù)百納米，這讓它能夠獲得更好的吸附效果。使用納米纖維制成的過(guò)濾網(wǎng)能夠提供更好的過(guò)濾效果，而納米顆粒所具有的和宏觀物質(zhì)不同的物理化學(xué)特性，又讓它能夠提供傳統(tǒng)濾網(wǎng)不能提供的功能。

　　早在2006年，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究者開(kāi)發(fā)出使用高分子半透膜和納米顆粒進(jìn)行海水淡化的方法，通過(guò)使用親水的納米顆粒促進(jìn)水分子快速通過(guò)，同時(shí)將其他不需要的廢物推離薄膜的表面。這種技術(shù)制造出了不再需要頻繁更換的濾網(wǎng)，同時(shí)提升了過(guò)濾效率?，F(xiàn)在已經(jīng)有了市場(chǎng)化的產(chǎn)品，使用這種濾網(wǎng)的海水凈化裝置將減少一半的能耗，從而讓淡化水的總成本下降1/4。

　　在淡水的凈化方面，納米材料的優(yōu)勢(shì)也開(kāi)始逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。例如，納米二氧化鈦粉末比普通的二氧化鈦粉末擁有更好的催化性能，能夠在光照下以更高的效率分解水中的有機(jī)物。這種方法已經(jīng)被用于凈水處理當(dāng)中，但是傳統(tǒng)的方法需要高強(qiáng)度的紫外線照射，這使得它在陽(yáng)光下的效率并不盡如人意。今年2月份，美國(guó)伊利諾伊州立大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加一些金屬鈀的納米顆粒，能夠讓二氧化鈦納米濾網(wǎng)在日光下起到不錯(cuò)的殺菌作用。當(dāng)陽(yáng)光照射到這種濾網(wǎng)上的時(shí)候，光子的能量將和催化劑一起將水分子分成氫氣和游離的氧原子，而作為一種強(qiáng)大的氧化劑，氧原子能夠迅速消滅水中的病菌。實(shí)驗(yàn)表明，通過(guò)這種方式，人們可以在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)，將一杯含有大量大腸桿菌的污水凈化到可以飲用的程度。

　　對(duì)于無(wú)機(jī)物的污染也是類似。在東南亞地區(qū)，有數(shù)千萬(wàn)人正在受到含砷的飲用水的威脅，皮膚癌和皮膚損傷是最常見(jiàn)的后果。美國(guó)賴斯大學(xué)的研究者使用氧化鐵納米顆粒吸附水中的砷離子，效果比傳統(tǒng)的吸附劑高出數(shù)倍。這種被叫做“納米銹”的微小顆粒具有磁性，可以方便地通過(guò)磁鐵從水中去除；而清潔一升水，只需要幾百毫克這種納米顆粒就夠了。

　　甚至在對(duì)水質(zhì)檢測(cè)方面，人們也找到了基于納米材料的新方法。密歇根大學(xué)的研究者用濾紙浸透含有碳納米管和常見(jiàn)毒素抗體的溶液，將之烘干，并且重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到濾紙能夠因?yàn)樘技{米管的作用而導(dǎo)電為止。將這種濾紙浸入受污染的水中，毒素將會(huì)和抗體結(jié)合，將碳納米管分離，從而影響其導(dǎo)電能力。通過(guò)測(cè)量濾紙的導(dǎo)電能力，人們就可以知道水中的污染物情況。

　　現(xiàn)在，南非和其他一些國(guó)家的村落已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)基于納米材料的凈水設(shè)施。這的確可以解決迫在眉睫的淡水缺乏問(wèn)題，但是它的安全性卻讓人們疑慮重重。其中最重要的問(wèn)題在于，我們目前還不完全知道當(dāng)這些納米材料進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中時(shí)，將會(huì)帶來(lái)什么樣的后果。納米顆粒幾乎無(wú)法被過(guò)濾，一陣小得甚至無(wú)法感覺(jué)到的微風(fēng)，就足以將這些直徑只有數(shù)千萬(wàn)到數(shù)億分之一米的顆粒帶入空中。

　　我們目前已經(jīng)有了一些證據(jù)表明納米顆粒將會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)危害，例如當(dāng)納米材料進(jìn)入下水道淤泥，而這些淤泥被用作肥料時(shí)，將會(huì)影響植物生長(zhǎng)；而2009年北京幾位女工在通風(fēng)不暢的印刷廠房中工作后發(fā)病的案例，讓人們對(duì)吸入納米顆?？赡軐?dǎo)致的危害展開(kāi)了新一輪的爭(zhēng)論，直到目前還沒(méi)有確定的結(jié)論。當(dāng)納米凈水裝置進(jìn)入家庭或者村落級(jí)別的時(shí)候，納米材料的有效回收將會(huì)成為新的嚴(yán)重問(wèn)題。

　　除了環(huán)境問(wèn)題之外，成本問(wèn)題也是不得不考慮的因素。在落后地區(qū)和發(fā)展中國(guó)家，只有成本夠低的技術(shù)才會(huì)得到應(yīng)用，而納米材料大都價(jià)格不菲。在今天，也許只有大型的水處理廠能夠承擔(dān)這樣的成本，卻同時(shí)使得分散居住的居民依然無(wú)法獲得這些新技術(shù)帶來(lái)的好處。

　　最近，南非的斯泰倫博斯大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種“茶袋”，也許能夠成為一個(gè)成功的折衷方案。這種外觀看起來(lái)像是普通茶包的小袋子裝有活性炭顆粒和納米纖維殺菌劑，能在幾分鐘之內(nèi)讓一杯被污染的水變成合格的飲用水。這種方式適合分散的居民區(qū)使用，而它的另一個(gè)特征更值得人們關(guān)注：這種納米纖維將會(huì)在幾個(gè)星期內(nèi)逐漸降解，最終安全無(wú)害地融入生態(tài)環(huán)境當(dāng)中。

　　聯(lián)系編輯：gaoyulei@1cbn.com

　　納米凈水原理

　　納米凈水器技術(shù)與傳統(tǒng)的水處理方法相比，處理占地小，人力和能源消耗少，這使它有可能成為幫助發(fā)展中國(guó)家乃至全球緩解已經(jīng)來(lái)臨的水危機(jī)的一個(gè)重要途徑。

　　當(dāng)水流過(guò)納米濾料時(shí)，水中的余氯、有害重金屬離子等污染物被吸附到濾料的表面和孔道中。

　　在納米銅鋅金屬簇的作用下，這些有害重金屬離子被還原成不溶于水的金屬，有機(jī)污染物等在這些微原電池上發(fā)生反應(yīng)，被氧化降解為無(wú)害物質(zhì)，達(dá)到凈水的目的。 反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的電位變化，有很好的抑菌作用。