一种可高效去除水体和土壤中柴油的新型纳米修复剂

2019-07-04 09:20:45     来源:科技日报

柴油在开采和运输的过程中,经常会泄漏到水体和土壤中,造成环境污染。一项新研究有望能快速地清除泄漏的柴油,修复被污染的水体和土地。


中科院合肥物质科学研究院技术生物所吴正岩研究员领导的课题组,研制出一种可高效去除水体和土壤中柴油的新型纳米修复剂。日前,国际环境科研领域学术期刊《总体环境科学》发表了该成果的相关论文。


柴油残留物对环境破坏巨大


柴油主要包括碳氢化合物(脂肪烃、芳香烃等)、代烃以及其他组分(含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物等)。据统计,每年有大量柴油在开采和加工过程中跑冒滴漏或在运输过程中产生泄漏进入水体或土壤中,对人类健康和生态环境造成严重影响。


“柴油进入水体或土壤后,会通过其中的物理、化学和生物等过程,不断地被吸附、分解、迁移或滞留。”吴正岩告诉科技日报记者,柴油漂浮在水面上,会阻止氧气进入水体,影响水生态平衡,导致水质下降,不利于水生生物生长。

一种可高效去除水体和土壤中柴油的新型纳米修复剂

据吴正岩介绍,当柴油进入水体或土壤后,其独特的粘稠性会填充水体或土壤孔隙,影响水体或土壤的通透性,降低水体或土壤氧气含量,同时,柴油还会改变水体或土壤的组成、养分和结构,影响水体或土壤中动植物和微生物的正常生长。


“更重要的是,柴油的主要残留毒害成分具有致癌性,特别是多环芳烃类属强致癌物,能通过皮肤、呼吸、饮食等方式进入人体,危害人体健康。因此,柴油污染修复刻不容缓。”吴正岩说。


修复柴油污染尚缺有效良方


“就目前而言,常用的柴油污染水体或土壤修复技术可分为物理法、化学法、生物法。”吴正岩告诉记者,上述这些方法都有相应缺陷。


“物理法主要包括焚烧法、气相抽提技术、电动修复技术、热脱附和生物炭吸附技术等。”吴正岩说,焚烧法易产生二次污染,通常用以修复小面积水体或土壤。气相抽提技术对沸点较低柴油污染修复效果较好,但对设备要求较高,成本较大。电动修复操作简便,但对于不溶于水且不易迁移的柴油组分难以去除。热脱附技术耗时短,去除效果好,但成本较高,可能引起二次污染。生物炭吸附较其他技术环保,具有较高的潜在价值,但生物炭难以全部回收。


吴正岩表示,化学法主要有化学氧化法、萃取法、光催化氧化法等。化学氧化法利用高锰酸钾、芬顿试剂等将柴油氧化降解去除,但易产生二次污染。萃取法主要通过相似相溶的原理萃取柴油,主要用于高浓度柴油污染的修复,但也易造成二次污染,成本较高。

一种可高效去除水体和土壤中柴油的新型纳米修复剂

“除此而外,还有现在比较提倡的生物修复技术,包括植物法和微生物法。植物修复技术通过根系分泌活性物质分解去除柴油中的饱和烃等物质,具有成本较低、操作简单、环境友好等优点,但周期较长。”吴正岩告诉记者,微生物修复技术利用水体或土壤中的微生物或外源微生物降解水体或土壤中的柴油烃,具有成本低、经济、绿色等优点,但对柴油组分不具有普适性。


低成本“纳米海绵”修复柴油污染可“标本兼治”


吴正岩课题组以纳米海绵为基础,通过氨基硅油和硅烷偶联剂修饰,制备出一种新型疏水纳米海绵。实验表明,这种疏水纳米海绵作为修复剂,可以高效地去除泄漏到水体和土壤中的柴油。

一种可高效去除水体和土壤中柴油的新型纳米修复剂

“这种纳米海绵表面含有大量的疏水基团,可与柴油分子形成分子间作用力,从而将柴油有效吸附在纳米海绵中,随海绵一起移除水体和土壤,达到污染修复的目的。”吴正岩说。


“我们在制备方法上进行了创新,选择具有微纳孔径结构的纳米海绵,通过氨基硅油和硅烷偶联剂修饰,制备出具有高疏水性和高孔隙率的疏水纳米海绵,具有成本低、工艺简单、性能稳定等优势。”吴正岩表示,这种纳米海绵不仅可以去除水体中的柴油,而且可以铺在土壤表面,阻止柴油进入土壤,也可放在土壤中控制柴油的迁移和扩散,且易回收,因此具有广阔的应用前景。

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