孫 波 孫 昊

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術學院生物工程學院，天津，300350）

隨著經(jīng)濟發(fā)展，水耗劇增，我國水污染狀況堪憂，用水安全沒有保障，水質(zhì)性水資源短缺問題凸顯。因此，廢水處理工藝和相應處理藥劑的選擇與優(yōu)化已成亟待解決的問題。傳統(tǒng)水處理所采用的方法都程度不一的存在成本高、操作難、高耗能、二次污染等不足，同時對待處理水樣中的劇毒和難降解污染成分不能有效去除。針對上述狀況，目前水處理工藝選擇以吸附法為主，針對普通吸附劑存在吸附容量小、無選擇性、不易再生等問題，新型高效廢水處理材料應運而生［1］，近年納米材料為基質(zhì)的水處理劑［2］成為業(yè)界的研究主題。

1 納米技術分析

納米材料在多領域均有應用，在水處理方面主要用于吸附藥劑。其中，由納米材料研發(fā)制備的新型水處理藥劑具有環(huán)保、低碳等應用技術潛在優(yōu)勢，其與傳統(tǒng)水處理劑的技術參數(shù)對比情況如表1所示。

表1 納米材料制備的水處理劑與傳統(tǒng)水處理劑的技術特點

納米材料所制備的新型水處理劑具有傳統(tǒng)藥劑所沒有的技術優(yōu)勢，針對能耗、成本核算、對水體的介入影響等等方面都存在廣闊的應用潛力，盡管材料的制備技術參數(shù)難度系數(shù)大，處理工藝有待進一步研究，但從未來應用遠景來評價，納米材料應用于水處理藥劑的研究開發(fā)市場潛力巨大。

2 典型納米材料

當前針對納米新材料的制備以及應用機理方面的研究日益增多，納米材料在水處理劑方面具有廣闊的應用前景。當前研究、應用的典型納米材料主要有非金屬納米材料、金屬納米材料、納米氧化物、納米膜材料、納米礦物材料、磁性納米材料及高分子納米材料等［3］，如表2。

3 納米材料在水處理中的應用狀況

在水處理中，用于吸附污廢水中重金屬污染物的非金屬納米材料主要是碳納米材料，包含有碳納米管、石墨烯及復合碳納米材料。

3.1 非金屬納米材料

科研人員［4］對碳納米管的水處理應用機理進行了研究，針對碳納米管材料的改性、制備、吸附及催化劑載體的機理等方面進行了分析。并就多壁碳納米管和復合光催化劑進行了具體的研究，取得相應的數(shù)據(jù)參數(shù)，為該方向的深層次研究奠定了基礎。賀金梅［5］等采用超臨界技術分析探討了該條件下對碳納米管結(jié)構的影響效果，證明該材料具有綠色無毒環(huán)保的技術特性。其中，劉泊良［6］利用對比試驗，證明改性碳納米管相對于普通碳納米管對水溶液中銅離子具有更強的吸附效果。

表2 納米材料類型及典型代表材料

3.2 金屬納米材料

金屬納米材料應用于廢水處理的研究很多，由于該處理工藝的方法機理等方向的研究尚不盡成熟，因而大多處于實驗室研究階段。其中，微納米級鐵粉對于工業(yè)水處理效果方面的研究具有良好的技術性能體現(xiàn)［7］，納米鐵及其改性材料針對廢水中的重金屬等污染物去除效果顯著［8］。黃園英［9］等以水體中三價砷的去除為研究對象，引入納米鋅作為水處理劑，研究了其吸附機理和最佳的吸附參數(shù)，結(jié)果表明：納米鋅去除效果優(yōu)于傳統(tǒng)技術方法，在實踐中既簡化水處理程序又可降低操作成本。

3.3 金屬氧化物納米材料

納米材料的催化效率優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑。目前，納米材料在催化領域的應用研究主要集中在過渡金屬氧化物［10］。

張增光［11］等通過對比四種形態(tài)納米氧化鐵（Fe3O4、α－FeOOH、α－Fe2O3、γ－Fe2O3）的吸附、絮凝效果的研究，得出的結(jié)論是納米α－FeOOH實驗效果最佳。納米TiO2材料是重要的光催化劑，在廢水中的污染物降解方面具有優(yōu)良的催化活性和光催化效率，使其在水質(zhì)修復領域有廣泛的應用［12］。李冬梅［13］等通過納米SiO2與聚合鋁PAC的動態(tài)混凝實驗與靜沉實驗，研究了納米SiO2與PAC處理含SDS低濁水的實驗機理及實驗效果。取得了不同污染濃度條件下SiO2與PAC的處理數(shù)據(jù)參數(shù)。朱孟府［14］等將納米MgO為催化劑納入到廢水中石油污染物的催化降解實驗中，進行了研究，獲取了該實驗的關鍵實驗參數(shù)并取得90%的去除效果，表明納米MgO應用于微污染水中石油污染物的去除是可行的。

3.4 磁性納米材料

磁性微納米材料［15］屬于新型的功能材料，在水處理研究中顯示其具有優(yōu)異的吸附性能、化學穩(wěn)定性高，同時具有易于再生、在固液兩相狀況下容易分離的技術優(yōu)點，在水處理領域應用研究廣泛。如何開發(fā)綠色環(huán)保磁性納米材料，研究低碳高效的磁性納米材料是該方向的研究趨勢。蘇潔［16］等采用化學沉淀法加水熱的方法制備Fe3O4納米磁性粒子，確定適當?shù)膶嶒灄l件，利用XRD、TEM分析Fe3O4粒子的晶體結(jié)構及微觀結(jié)構；利用HPLC研究納米粒子對模擬廢水超聲降解的影響，研究結(jié)果顯示Fe3O4納米磁性粒子對于實驗的模擬廢水具有很好的降解效果。

3.5 納米膜材料

在實驗研究中，發(fā)現(xiàn)納米級膜材料所具有耐有機溶劑、抗氯特性、耐污染強度高以及高通量等水處理品質(zhì)特性［17］，與當前全社會所倡導的低碳、環(huán)保應用理念相一致，因此該納米級膜材料成為制備高性能膜的主要材料，勢必成為今后科研工作者研發(fā)的主要方向。

其中，趙彥輝［18］等就超硬納米多層膜選材方案的設計、膜材料的類別、基體的選擇條件以及塊體材料的設計原理、存在的問題和今后的發(fā)展方向進行了研究，其設計理念對多層膜選材、架構設計提供佐證參考。同時，基于高分子納濾膜材料的水處理技術成熟度相對較高、使其在水處理實踐中應用廣泛。未來為了適應高溫、強腐蝕、高污染等生產(chǎn)實踐所面臨的極端生產(chǎn)條件，伴隨納米級技術在材料科學領域的探索研究，納米新材料將不斷涌現(xiàn)，其應用價值潛力巨大［19］。

3.6 復合材料

納米復合材料作為一種新型的水處理材料，整合提升了基質(zhì)材料的各項水處理數(shù)據(jù)參數(shù)優(yōu)勢，其特有的理化性質(zhì)，如表3所示。

表3 納米復合材料的理化性質(zhì)

其中，李新寶［20］等就石墨烯復合材料對廢水中重金屬污染物的吸附效果、機理、動力學、熱力學進行了研究，同時對該類復合材料的制備現(xiàn)狀及應用領域進行了展望。吳慧玲［21］等利用海藻酸鈉制備納米復合材料，其優(yōu)越的納米效應在藥物基質(zhì)、抗菌材料、食品包裝領域及污廢水處置等方面都存在廣泛的應用，具有商業(yè)化應用開發(fā)潛力。

3.7 高分子納米材料

劉美靜［22］等采用離子交聯(lián)法制備了粒徑為200～300nm的納米殼聚糖顆粒，通過對納米殼聚糖和殼聚糖原劑的比較研究，發(fā)現(xiàn)在同等反應參數(shù)條件下，納米殼聚糖對研究水樣的銅離子有更佳的吸附效果。張雯［23］等以細菌纖維素制備的生物納米材料，歸納總結(jié)了近年來細菌纖維素基磁性材料的研究進展，著重歸納了解決磁性膜材料的顆粒團聚問題的方法，并展望了細菌纖維素基磁性材料的發(fā)展趨勢。

4 問題與展望

綜合當前關于納米材料應用于水處理領域的文獻資料信息，納米材料盡管具有很多傳統(tǒng)技術所不具備的技術優(yōu)勢及很大的未來水處理劑市場開發(fā)應用空間，但是從目前的技術參數(shù)分析，其應用于水處理方面尚存在以下兩個方面的問題：

（1）納米材料的研發(fā)大多未經(jīng)過實際生產(chǎn)的批量化、規(guī)?；瘷z驗，其研究結(jié)果多處于實驗室階段。

（2）水處理應用過程中，納米材料本身也潛在影響水質(zhì)安全的可能性，關于其環(huán)境影響的風險亟待思考。

納米技術和納米材料技術潛力大，已成為重要的水處理吸附劑的研發(fā)對象，納米材料所制備的水處理劑滿足當前社會經(jīng)濟發(fā)展的低碳、環(huán)保、清潔生產(chǎn)的總體需求，伴隨實驗研究技術的成熟、生產(chǎn)實踐的批量化檢驗，其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)趨勢是發(fā)展的必然。

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