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，但它的推廣也不簡單。

　　文｜辛江

　　制圖｜李婷婷

　　露營的時(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)展中國家所面臨的問題—在今天的世界上，有接近十億人無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濾網(wǎng)能夠提供更好的過濾效果，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，通過使用親水的納米顆粒促進(jìn)水分子快速通過，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)提升了過濾效率?，F(xiàn)在已經(jīng)有了市場化的產(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)勢也開始逐漸顯現(xiàn)出來。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，這使得它在陽光下的效率并不盡如人意。今年2月份，美國伊利諾伊州立大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過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)于無機(jī)物的污染也是類似。在東南亞地區(qū)，有數(shù)千萬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的后果。美國賴斯大學(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毒素抗體的溶液，將之烘干，并且重復(fù)這個(gè)過程，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。通過測量濾紙的導(dǎo)電能力，人們就可以知道水中的污染物情況。

　　現(xiàn)在，南非和其他一些國家的村落已經(jīng)開始建設(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題，但是它的安全性卻讓人們疑慮重重。其中最重要的問題在于，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)帶來什么樣的后果。納米顆粒幾乎無法被過濾，一陣小得甚至無法感覺到的微風(fēng)，就足以將這些直徑只有數(shù)千萬到數(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；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)吸入納米顆粒可能導(dǎo)致的危害展開了新一輪的爭論，直到目前還沒有確定的結(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)重問題。

　　除了環(huán)境問題之外，成本問題也是不得不考慮的因素。在落后地區(qū)和發(fā)展中國家，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法獲得這些新技術(shù)帶來的好處。

　　最近，南非的斯泰倫博斯大學(xué)開發(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)展中國家乃至全球緩解已經(jīng)來臨的水危機(jī)的一個(gè)重要途徑。

　　當(dāng)水流過納米濾料時(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)，被氧化降解為無害物質(zhì)，達(dá)到凈水的目的。 反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電位變化，有很好的抑菌作用。