固體所探索微/納米材料土壤重金屬污染修復技術新途徑

當前我國正處在經濟的迅速增長期，伴隨著經濟活動的過程，環境污染也在同步增長，如大量化工企業的排污和農藥化肥的施用等，使得各地相繼出現了嚴重的污染事件，土壤污染問題在日益顯現，土壤污染面積在逐年增加。而一般的環境污染，不管是空氣中的鉛、汞，還是污水里的鎘、砷，在逐漸沉淀之后，最后都會造成土壤污染。然而，科技工作者迄今還沒有找到一種既經濟、有效，又適合大規模土壤(場地)治理的修復模式，大多還處于實驗室探索階段。

　　中科院合肥物質科學研究院固體物理所納米材料研究室的科研人員最近研發出一系列兼具納米尺度材料強吸附性、高比表面積和高活性以及微米尺度材料抗團聚、易分離和可穩定循環利用等特性的新型微/納結構材料，為重金屬污染土壤的滲透墻反應修復等技術提供了新型吸附劑和投料。

　　這種微/納結構材料是通過納米尺度單元(如納米管、納米片及納米顆粒等)按照一定的規律組裝成的微米尺度結構材料，既保持了納米材料高比表面積與強的吸附特性的優點，又克服了納米材料在使用時結構不穩、易團聚的不足。科研人員通過以下方法獲得了不同的微/納結構材料：

　　一是基于結構誘導劑的水熱法，獲得系列新型微/納結構材料。如：采用乙二胺導向劑合成了蜂巢紡錘狀的ZnO微/納結構材料(Adv. Funct. Mater. 2008, 18, 1047-1056)，采用乙二醇誘導劑合成了多孔ZnO片狀微/納結構材料(J. Mater. Chem., 2010, 20, 8582-8590)等。

　　二是基于模板-侵蝕策略，合成了系列微/納結構空心球。如：硅酸鎳微/納結構空心球，在酸溶液處理的情況下可得到多孔氧化硅空心球，在還原性氣氛下可得到鎳與氧化硅復合的微/納結構空心球的普適方法(Langmuir, 2010, 26(18), 14830-14834)。相關的系列成果如硅酸銅和硅酸鎂等發表在《化學通訊》、《歐洲化學》、《納米科學與技術》及《納米技術》等雜志上，并申請了相關的國家發明專利。

　　類似地，以金屬/金屬氧化物芯殼結構微球為模板進行弱酸侵蝕，可獲得氧化物空心球。如：Zn/ZnO芯殼結構微球，在弱酸(如酒石酸)的選擇性侵蝕下，可得到ZnO空心球；在含有金屬離子的弱酸侵蝕下，可得到組裝有金屬納米顆粒的ZnO空心球；在含有兩種金屬離子的弱酸刻蝕情況下，可得到組裝有兩種金屬納米顆粒的ZnO空心球，相關結果發表在美國化學會ACS Nano雜志上(ACS Nano, 2008, 2(8), 1661-1670)。

　　三是提出基于有機功能團/金屬之間的弱絡合作用的新型復合纖維的設計思路，利用電紡技術，獲得了系列有機/無機復合微/納結構多孔纖維，相關結果發表在英國化學會《材料化學雜志》上(J. Mater. Chem., DOI: 10.1039 /C0JM02334E)。

　　上述各種微/納結構材料適合工程化合成，條件溫和、簡單、可控，適宜在土壤重金屬污染治理中作為反應滲透墻及包施技術很好的吸附劑材料，這些研究結果為下一步針對土壤中持久性污染物的治理工作奠定了材料基礎。