《納米材料在水體治理和土壤修復(fù)中的應(yīng)用分析》論文發(fā)表期刊：《粘接》；發(fā)表周期：2021年07期

《納米材料在水體治理和土壤修復(fù)中的應(yīng)用分析》論文作者信息：陳雪文，男，漢族，江蘇蘇州人，碩士，中級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境工程微水景觀修復(fù)、土壤修復(fù)。

　　摘　要：最近幾年，我國(guó)水體污染和土壤重金屬污染現(xiàn)象越來(lái)越突出，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，為了解決這一問(wèn)題，現(xiàn)以納米材料應(yīng)用為例，從水體治理和土壤修復(fù)兩個(gè)方面入手，充分發(fā)揮和利用納米材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以改善水體污染和土壤污染問(wèn)題，從而為人們構(gòu)建安全、舒適的生存環(huán)境。應(yīng)用實(shí)踐表明，納米材料具有很高的可行性和有效性，不僅能夠?qū)ξ鬯�起到很好的凈化作用，還能能吸附土壤中的重金屬離子，為實(shí)現(xiàn)土壤的有效修復(fù)發(fā)揮出重要作用。希望通過(guò)這次研究，為相關(guān)環(huán)保部門(mén)提供有效的借鑒和參考。

　　關(guān)鍵詞：納米材料;水體治理;土壤修復(fù);應(yīng)用

　　Abstract : In recent years, water pollution and soil heavy metal pollution have become more prominent in China, which has seriously affected the stable development of agriculture. In order to solve this problem. the application of nanomaterials is now taken as an example, from two aspects of water treatment and soil remediation. Start with.

　　give full play to and use the application advantages of nano materials to improve water pollution and soil pollution, so as to build a safe and comfortable living environment for people. Application practice shows that nanomaterials have high feasibility and effeectiveness, not only can play a good role in purifying sewage, but also can absorb heavy metal ions in the soil, and play an important role in achieving effective soil restoration. It is hoped that this research will provide effective reference and reference for relevant environmental protection departments

　　Key words : nanomaterials; water treatment; soil remediation; application

　　隨著全球環(huán)境污染程度的不斷加劇，我國(guó)對(duì)環(huán)保發(fā)展提出了更高的要求，在這樣的背景下，納米材料應(yīng)運(yùn)而生，該材料憑借著自身高吸附性，高降解性等特征，可以與污染物進(jìn)行直接性接觸和混合，并發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，為降低污水和土壤中的有機(jī)污染物、重金屬含量發(fā)揮出重要作用。因此，為了更好地凈化和修復(fù)水體和土壤，如何將納米材料科學(xué)應(yīng)用于水體治理和土壤修復(fù)中是環(huán)保部門(mén)必須思考和解決的問(wèn)題。

　　1 納米材料的制備方法與種類(lèi)

　　1.1納米材料的制備方法通常情況下，納米材料制備方法主要包含以下兩種方法，一種是化學(xué)制備法，另一種是物理制備法。其中，化學(xué)制備法主要是指通過(guò)綜合運(yùn)用乳液法、沉積法和溶膠凝膠法，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的制備。物理制備法主要是指通過(guò)綜合運(yùn)用物理粉碎法、真空冷凝法和機(jī)械球磨法，實(shí)現(xiàn)對(duì)納米材料的制備。與化學(xué)制備法相比，物理制備法具有易操作、成本低、高效安全等特征，因此，物理制備法被廣泛地應(yīng)用于納米材料制備中。特別是機(jī)械球磨法被廣泛地應(yīng)用于納米材料制備中。但是，物理制備法存在一定的局限性"，無(wú)法保證納米材料的純度以及顆粒分布均勻性，因此，化學(xué)制備法逐漸取代了物理制備法，并成為了制備納米材料的主要方法。另外，在進(jìn)行納米材料制備的過(guò)程中，環(huán)保部門(mén)要科學(xué)控制制備物與顆粒物之間的關(guān)聯(lián)性，納米材料純度會(huì)隨著制備物的顆粒直徑的減小而增強(qiáng)。此外，納米材料顆粒分布均勻性與制備物結(jié)晶程度存在一定的關(guān)系，當(dāng)制備物的結(jié)晶程度不斷升高時(shí)2，納米材料顆粒分布就會(huì)變得更加均勻。因此，為了提高納米材料的制備水平，環(huán)保部門(mén)要把握好制備材料顆粒直徑與制備物結(jié)晶程度之間的關(guān)聯(lián)性，選用科學(xué)合理的納米材料制備法，從而提高納米材料的純度和顆粒分布的均勻性。

　　1.2納米材料的類(lèi)型

　　目前，在水體治理和土壤修復(fù)領(lǐng)域中，納米材料僅僅處于應(yīng)用的初級(jí)階段，大量技術(shù)還不夠成熟，無(wú)法將納米材料直接有效地應(yīng)用于水體治理和土壤修復(fù)中，因此，在分析和確定納米材料類(lèi)型的過(guò)程中，環(huán)保部門(mén)要采用收集和查看相關(guān)文獻(xiàn)資料的方式，對(duì)其類(lèi)型進(jìn)行界定。通常情況下，納米材料類(lèi)型主要包含以下幾種，如納米型礦物、金屬氧化物、納米型聚合物和半導(dǎo)體材料以及多孔納米改性材料等。例如：在進(jìn)行水體治理和土壤修復(fù)中，環(huán)保部門(mén)通過(guò)利用Ti02Zno，wo，等金屬氧化物納米材料可以土壤中的重金屬離子產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，從而降低土壤中的重金屬離子含量，以達(dá)到提高土壤修復(fù)能力的目的"。另外，價(jià)格低劣的納米型礦物在水體治理和土壤修復(fù)中也發(fā)揮出相應(yīng)的應(yīng)用成效，因此，該材料被廣泛地應(yīng)用于水體治理和土壤修復(fù)中。

　　2 納米材料在水體治理中的應(yīng)用

　　2.1在有機(jī)污水處理中的應(yīng)用為了進(jìn)一步地提高有機(jī)污水的處理效率和效果，環(huán)保部門(mén)要利用TO2納米材料實(shí)現(xiàn)對(duì)水中污染物的降解，該材料在具體的運(yùn)用中，主要借助光照作用，通過(guò)利用氧化水體，對(duì)水中的有機(jī)污染物進(jìn)行催化處理，以達(dá)到凈化污染水的目的。通過(guò)對(duì)納米材料的應(yīng)用效果進(jìn)行全方位分析，發(fā)現(xiàn)在納米材料的應(yīng)用背景下，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多種有機(jī)污染物的有效降解處理，使得有機(jī)污染物最終以水、一氧化碳物質(zhì)存在水體中，以達(dá)到降低污水的毒性的目的。例如：通過(guò)將Ti0，納米材料應(yīng)用于造紙廠所排放的廢水中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的催化降解處理，當(dāng)TiO2納米材料使用后，對(duì)廢水內(nèi)的TOC有機(jī)總碳進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)廢水中TOC有機(jī)總碳去除率達(dá)到了99%以上，同時(shí)，廢水由渾濁狀態(tài)變?yōu)槌吻鍫顟B(tài)，取得了良好的脫色效果。由此可見(jiàn)，Tio2納米材料具有非常高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，不僅能夠降低廢水的毒性，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的凈化處理，還能保證廢水的脫色效果。通常情況下，污水中含有多種多樣的有害物質(zhì)，因此，廢水的毒性往往較強(qiáng)，比較常見(jiàn)的有毒物質(zhì)主要由以下幾種，分別是細(xì)菌、病毒、鐵銹等。這些有毒物質(zhì)的出現(xiàn)給水體生態(tài)環(huán)境以及人體健康造成了不良的影響，傳統(tǒng)的污水處理模式下，無(wú)法全面有效地清除污水中的有毒物質(zhì)，為了解決這一問(wèn)題，環(huán)保部門(mén)要重視對(duì)納米材料的應(yīng)用，通過(guò)應(yīng)用該材料，不僅可以快速、有效地清除污水中的有毒物質(zhì)，還能縮小污水處理成本，同時(shí)，還解決了污水處理的二次污染問(wèn)題。同時(shí)，納米材料具有很強(qiáng)的吸附性，能夠?qū)�吳污水中的懸浮物進(jìn)行吸附處理，以達(dá)到全方位凈化污水的目的。

　　2.2在無(wú)機(jī)污水處理中的應(yīng)用納米材料除了可以?xún)艋�有機(jī)污水外，還能處理無(wú)機(jī)污水。無(wú)機(jī)污水通常含有較多的重金屬，對(duì)人體健康造成了不良的影響。因此，環(huán)保部門(mén)要在納米材料的應(yīng)用背景下，加強(qiáng)對(duì)無(wú)機(jī)污水的處理。首先，要利用TO納米材料，借助該材料強(qiáng)大的吸附功能，對(duì)水中的重金屬離子進(jìn)行吸附處理，同時(shí)，還要利用氧化還原反應(yīng)，以達(dá)到還原金屬的目的，這樣一來(lái)，不僅降低污水中的重金屬離子含量和污水毒性，還能有效地回收和再利用金、、鉑等重金屬，以達(dá)到變廢為寶的目的，為進(jìn)一步提高廢水的利用率打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。總之，為了進(jìn)一步提高水體治理效率和效果，環(huán)保部門(mén)要重視對(duì)納米材料的科學(xué)應(yīng)用，充分發(fā)揮和利用該材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，為保護(hù)水資源，提高水資源的利用率發(fā)揮出重要作用。

　　3 納米材料在土壤修復(fù)中的應(yīng)用為了充分發(fā)揮納米材料在土壤修復(fù)中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)以多孔納米改性材料為研究對(duì)象，將該納米材料應(yīng)用于重金屬土壤修復(fù)中，以達(dá)到降低土壤重金屬含量的目的。這是由于多孔納米改性材料作為一種重要的納米材料修復(fù)劑，具有顆粒分布均勻、穩(wěn)定性強(qiáng)、吸附性強(qiáng)等特征，能夠吸附和降解土壤中的重金屬，為減小土壤修復(fù)成本"，解決土壤重金屬的二次污染問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　為此，環(huán)保部門(mén)要嚴(yán)格按照如圖1所示的土壤修復(fù)技術(shù)路線，從多孔納米改性材料修復(fù)土壤重金屬ed、ph入手，驗(yàn)證新型納米材料在土壤修復(fù)中的應(yīng)用效果，為后期更好地推廣和普及新型納米材料創(chuàng)造良好的條件。

　　3.1 試驗(yàn)材料

　　為了更好地了解和把握多孔納米改性材料的理化性質(zhì)和表征，環(huán)保部門(mén)要重視對(duì)供試納米材料的科學(xué)選擇。首先，在本次試驗(yàn)中，所用到的供試材料主要以多孔納米改性材料為主，該材料具有吸附性強(qiáng)、成本低、可再生回收等特征[5]，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬土壤修復(fù)能力的全面提高。本次試驗(yàn)用到的主要化學(xué)試劑種類(lèi)、級(jí)別如表1所示。

　　3.2試驗(yàn)方法

　　3.21 PH值測(cè)定

　　為了精準(zhǔn)地測(cè)量出多孔納米改性材料的酸堿度，環(huán)保部門(mén)要嚴(yán)格按照土壤農(nóng)化分析相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔納米改性材料的PH值的測(cè)量。在進(jìn)行PH值測(cè)量的過(guò)程中，需要將水土比例控制在2：1之間，同時(shí)，將磁力攪拌時(shí)間設(shè)置為60%，當(dāng)攪拌結(jié)束后，需要將反應(yīng)液靜置30min，然后，利用PH計(jì)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。為了進(jìn)一步提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，環(huán)保部門(mén)要重復(fù)測(cè)量3次對(duì)多孔納米改性材料的PH值，然后取3次測(cè)量結(jié)果的平均值。

　　3.22土壤重金屬含量分析

　　通過(guò)采用消解法，利用電熱板，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬含量的分析和確定。首先，要稱(chēng)取質(zhì)量為0.2g的多孔納米改性材料，并將其放置于聚四氟乙烯 堝中，然后，將一定濃度的HCL溶液加入其中，并對(duì)所有反應(yīng)液進(jìn)行低溫消解處理"，在此基礎(chǔ)上，向容器加入一定濃度的硝酸和氯酸，然后，對(duì)其進(jìn)行稀酸清洗處理和過(guò)濾處理，最后，對(duì)所有反應(yīng)液進(jìn)行定容，從而精確地測(cè)量出土壤重金屬含量。

　　3.23 CEC測(cè)定

　　在進(jìn)行CEC(陽(yáng)離子交換量)測(cè)定的過(guò)程中，為了保證最終測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，環(huán)保部門(mén)要采用乙酸鈉交換法，進(jìn)行測(cè)量。首先，將1g的多孔納米改性材料加入到離心管中，然后，向離心管中加入1mol/聯(lián)鎖故障乙酸鈉溶液，然后，手動(dòng)振蕩離心管，使其充分混合反應(yīng)并離心，最后，將離心管上層清液去除，從而測(cè)出CEC(陽(yáng)離子交換量)數(shù)值，為后期更好地修復(fù)土壤重金屬提供重要的依據(jù)和參考。

　　3.2.4　元素分析

　　為了科學(xué)地界定多孔納米改性材料含有的元素成分，環(huán)保部門(mén)還要利用榮盛分析儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)該材料內(nèi)的C、H、O、N元素含量的精確測(cè)定，整個(gè)樣品需要重復(fù)測(cè)試3次，然后，取3次測(cè)量值的平均值，從而科學(xué)、精確地計(jì)算和統(tǒng)計(jì)出多孔納米改性材料的H/C和(0+N)/C的原子含量比。

　　3.2.5紅外光譜分析

　　為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，環(huán)保部門(mén)要利用紅外光譜儀，針對(duì)土壤重金屬含量，測(cè)定并繪制紅外光譜圖。在具體的測(cè)試中，要將紅外掃描次數(shù)設(shè)置為32次，將測(cè)試溫度設(shè)置為25℃，將反應(yīng)物的相對(duì)濕度控制在40%以上，然后，采用生物炭磨的方式，對(duì)多孔納米改性材料進(jìn)行壓片處理，以測(cè)試出最終的結(jié)果。

　　3.3結(jié)果分析

　　3.3.1 多孔納米改性材料的PH，CEC和重金屬分析多孔納米改性材料的PH，CEC和SOM如表2所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，多孔納米改性材料的PH值為

　　8.16，說(shuō)明該材料呈現(xiàn)出弱酸性1，并攜帶有堿性基團(tuán)，在改善酸性土壤和降低土壤重金屬活性方面具有重要作用;該材料的CEC(陽(yáng)離子交換量)含量較高，說(shuō)明該材料對(duì)土壤中的陽(yáng)離子具有很強(qiáng)的吸附能力，同時(shí)，該材料含有較低的SOM(有機(jī)質(zhì))。

　　此外，為了科學(xué)控制和調(diào)整土壤重金屬含量，環(huán)保部門(mén)要嚴(yán)格按照土壤環(huán)境治理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，通過(guò)利用多孔納米改性材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤重金屬含量的有效降低。通過(guò)將多孔納米改性材料應(yīng)用于重金屬土壤修復(fù)中，得到如表3所示的多孔納米改性材料重金屬含量。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)現(xiàn)土壤中的Cd、As、Pb含量較低，說(shuō)明，通過(guò)使用多孔納米改性材料，有效地解決了土壤的二次污染問(wèn)題，盡管Cr、Cu、Zn、Ni含量較高，但是，這些重金屬含量均在土壤限值的范圍內(nèi)，不影響農(nóng)作物的健康生長(zhǎng)[9]。

　　3.3.2　多孔納米改性材料的極性分析

　　通過(guò)對(duì)多孔納米改性材料的C、H、O、N元素進(jìn)行測(cè)定，得到如表4所示的多孔納米改性材料元素含量和原子比。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，多孔納米改性材料的具有較高的芳香性和極性，表中的“(O+N)/C”、“O/C”和“ H/C”均代表多孔納米改性材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，其中，“(O+N)/C”、“ O/C”代表多孔納米改性材料的極性大小，其數(shù)值越大，說(shuō)明該材料吸附劑的極性越強(qiáng)。而“H/C”代表多孔納米改性材料吸附劑芳香性的大小，其數(shù)值越小，說(shuō)明該材料的芳香性越強(qiáng)。導(dǎo)致該材料的氧含量較高的原因是該材料內(nèi)部含有氧官能團(tuán)，由此可見(jiàn)，多孔納米改性材料在處理土壤重金屬離子、極性污染物和非極性污染物方面具有很強(qiáng)的吸附能力[10]。

　　3.3.3　紅外光譜分析

　　多孔納米改性材料傅立葉變換紅外光譜圖如圖2所示。紅外光譜主要用于對(duì)—OH、—C=O等不同原子極性的分析和研究。官能團(tuán)不同，所吸收的特征峰也會(huì)存在很大的差異，通過(guò)利用傅立葉變換紅外光譜圖可以快速地查詢(xún)不同峰值所對(duì)應(yīng)的含氧官能團(tuán)，通過(guò)對(duì)各個(gè)含氧官能團(tuán)進(jìn)行全面觀察，可以發(fā)現(xiàn)多孔納米改性材料含有少量的碳酸根離子，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的根本原因是在制備納米材料期間，反應(yīng)物吸入空氣中的二氧化碳。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多孔納米改性材料含氧官能團(tuán)的定性定量分析，環(huán)保部門(mén)要根據(jù)含氧官能團(tuán)的特性，推斷出該材料呈現(xiàn)出一定的堿性，但是，該材料含有大量的酸性含氧官能團(tuán)，因此，可以最大限度地提高多孔納米改性材料對(duì)土壤重金屬離子的吸附能力。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，為了解決環(huán)境污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染的凈化以及土壤修復(fù)能力的提高，環(huán)保部門(mén)要重視對(duì)納米材料的科學(xué)應(yīng)用，充分發(fā)揮和利用該材料的吸附作用、降解作用和凈化作用，與水體和土壤的有機(jī)污染物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的降解和凈化處理，為進(jìn)一步提高環(huán)境污染治理效率和效果提供有力的保障。由此可見(jiàn)，納米材料在水體治理和土壤修復(fù)中具有非常高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，環(huán)保部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)納米材料的推廣和應(yīng)用，促進(jìn)納米材料的健康、可持續(xù)發(fā)展。

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