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固体所探索土壤重金属污染修复技术新途径

2010.12.17

　　当前我国正处在经济的迅速增长期，伴随着经济活动的过程，环境污染也在同步增长，如大量化工企业的排污和农药化肥的施用等，使得各地相继出现了严重的污染事件，土壤污染问题在日益显现，土壤污染面积在逐年增加。而一般的环境污染，不管是空气中的铅、汞，还是污水里的镉、砷，在逐渐沉淀之后，最后都会造成土壤污染。然而，科技工作者迄今还没有找到一种既经济、有效，又适合大规模土壤(场地)治理的修复模式，大多还处于实验室探索阶段。

　　中科院合肥物质科学研究院固体物理所纳米材料研究室的科研人员最近研发出一系列兼具纳米尺度材料强吸附性、高比表面积和高活性以及微米尺度材料抗团聚、易分离和可稳定循环利用等特性的新型微/纳结构材料，为重金属污染土壤的渗透墙反应修复等技术提供了新型吸附剂和投料。

　　这种微/纳结构材料是通过纳米尺度单元（如纳米管、纳米片及纳米颗粒等）按照一定的规律组装成的微米尺度结构材料，既保持了纳米材料高比表面积与强的吸附特性的优点，又克服了纳米材料在使用时结构不稳、易团聚的不足。科研人员通过以下方法获得了不同的微/纳结构材料：

　　一是基于结构诱导剂的水热法，获得系列新型微/纳结构材料。如：采用乙二胺导向剂合成了蜂巢纺锤状的ZnO微/纳结构材料（Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1047-1056），采用乙二醇诱导剂合成了多孔ZnO片状微/纳结构材料（J. Mater. Chem., 2010, 20, 8582-8590）等。

　　二是基于模板－侵蚀策略，合成了系列微/纳结构空心球。如：硅酸镍微/纳结构空心球，在酸溶液处理的情况下可得到多孔氧化硅空心球，在还原性气氛下可得到镍与氧化硅复合的微/纳结构空心球的普适方法（Langmuir, 2010, 26(18), 14830-14834）。相关的系列成果如硅酸铜和硅酸镁等发表在《化学通讯》、《欧洲化学》、《纳米科学与技术》及《纳米技术》等杂志上，并申请了相关的国家发明ZL。

　　类似地，以金属/金属氧化物芯壳结构微球为模板进行弱酸侵蚀，可获得氧化物空心球。如：Zn/ZnO芯壳结构微球，在弱酸(如酒石酸)的选择性侵蚀下，可得到ZnO空心球；在含有金属离子的弱酸侵蚀下，可得到组装有金属纳米颗粒的ZnO空心球；在含有两种金属离子的弱酸刻蚀情况下，可得到组装有两种金属纳米颗粒的ZnO空心球，相关结果发表在美国化学会ACS Nano杂志上（ACS Nano, 2008, 2 (8), 1661-1670）。

　　三是提出基于有机功能团/金属之间的弱络合作用的新型复合纤维的设计思路，利用电纺技术，获得了系列有机/无机复合微/纳结构多孔纤维，相关结果发表在英国化学会《材料化学杂志》上（J. Mater. Chem., DOI: 10.1039 /C0JM02334E）。

　　上述各种微/纳结构材料适合工程化合成，条件温和、简单、可控，适宜在土壤重金属污染治理中作为反应渗透墙及包施技术很好的吸附剂材料，这些研究结果为下一步针对土壤中持久性污染物的治理工作奠定了材料基础。