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低成本“納米海綿”修復柴油污染可“標本兼治”

來源:科技日報 時間:2019-07-04 14:57:43

柴油在開采和運輸的過程中,經常會泄漏到水體和土壤中,造成環境污染。一項新研究有望能快速地清除泄漏的柴油,修復被污染的水體和土地。

中科院合肥物質科學研究院技術生物所吳正巖研究員領導的課題組,研制出一種可高效去除水體和土壤中柴油的新型納米修復劑。日前,國際環境科研領域學術期刊《總體環境科學》發表了該成果的相關論文。

柴油殘留物對環境破壞巨大

柴油主要包括碳氫化合物(脂肪烴、芳香烴等)、代烴以及其他組分(含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物等)。據統計,每年有大量柴油在開采和加工過程中跑冒滴漏或在運輸過程中產生泄漏進入水體或土壤中,對人類健康和生態環境造成嚴重影響。

“柴油進入水體或土壤后,會通過其中的物理、化學和生物等過程,不斷地被吸附、分解、遷移或滯留。”吳正巖告訴記者,柴油漂浮在水面上,會阻止氧氣進入水體,影響水生態平衡,導致水質下降,不利于水生生物生長。

據吳正巖介紹,當柴油進入水體或土壤后,其獨特的粘稠性會填充水體或土壤孔隙,影響水體或土壤的通透性,降低水體或土壤氧氣含量,同時,柴油還會改變水體或土壤的組成、養分和結構,影響水體或土壤中動植物和微生物的正常生長。

“更重要的是,柴油的主要殘留毒害成分具有致癌性,特別是多環芳烴類屬強致癌物,能通過皮膚、呼吸、飲食等方式進入人體,危害人體健康。因此,柴油污染修復刻不容緩。” 吳正巖說。

修復柴油污染尚缺有效良方

“就目前而言,常用的柴油污染水體或土壤修復技術可分為物理法、化學法、生物法。” 吳正巖告訴記者,上述這些方法都有相應缺陷。

“物理法主要包括焚燒法、氣相抽提技術、電動修復技術、熱脫附和生物炭吸附技術等。” 吳正巖說,焚燒法易產生二次污染,通常用以修復小面積水體或土壤。氣相抽提技術對沸點較低柴油污染修復效果較好,但對設備要求較高,成本較大。電動修復操作簡便,但對于不溶于水且不易遷移的柴油組分難以去除。熱脫附技術耗時短,去除效果好,但成本較高,可能引起二次污染。生物炭吸附較其他技術環保,具有較高的潛在價值,但生物炭難以全部回收。

吳正巖表示,化學法主要有化學氧化法、萃取法、光催化氧化法等。化學氧化法利用高錳酸鉀、芬頓試劑等將柴油氧化降解去除,但易產生二次污染。萃取法主要通過相似相溶的原理萃取柴油,主要用于高濃度柴油污染的修復,但也易造成二次污染,成本較高。

“除此而外,還有現在比較提倡的生物修復技術,包括植物法和微生物法。植物修復技術通過根系分泌活性物質分解去除柴油中的飽和烴等物質,具有成本較低、操作簡單、環境友好等優點,但周期較長。” 吳正巖告訴記者,微生物修復技術利用水體或土壤中的微生物或外源微生物降解水體或土壤中的柴油烴,具有成本低、經濟、綠色等優點,但對柴油組分不具有普適性。

低成本“納米海綿”修復柴油污染可“標本兼治”

吳正巖課題組以納米海綿為基礎,通過氨基硅油和硅烷偶聯劑修飾,制備出一種新型疏水納米海綿。實驗表明,這種疏水納米海綿作為修復劑,可以高效地去除泄漏到水體和土壤中的柴油。

“這種納米海綿表面含有大量的疏水基團,可與柴油分子形成分子間作用力,從而將柴油有效吸附在納米海綿中,隨海綿一起移除水體和土壤,達到污染修復的目的。”吳正巖說。

“我們在制備方法上進行了創新,選擇具有微納孔徑結構的納米海綿,通過氨基硅油和硅烷偶聯劑修飾,制備出具有高疏水性和高孔隙率的疏水納米海綿,具有成本低、工藝簡單、性能穩定等優勢。”吳正巖表示,這種納米海綿不僅可以去除水體中的柴油,而且可以鋪在土壤表面,阻止柴油進入土壤,也可放在土壤中控制柴油的遷移和擴散,且易回收,因此具有廣闊的應用前景。(記者 吳長鋒)

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