原文出處：ETH / 譯者：瓦村農夫
磁性納米粒子助力去除微污染物
要解決微污染物的問(wèn)題，首先要弄清這些污染物的源頭。其實(shí)它們就來(lái)自我們的日常生活使用的各種化學(xué)物質(zhì)，例如化妝品、藥品、避孕藥，肥料和洗滌劑等。這些東西一方面讓我們的生活變得更便利，一方面卻也對我們的環(huán)境造成負面影響，因為當今城市污水處理廠(chǎng)的一般工藝很難將它們徹底去除，因此它們最終又回到環(huán)境中，給我們水體中的動(dòng)植物都造成負擔。
瑞士是世界上第一個(gè)實(shí)行新興污染物點(diǎn)源控制的國家。早在2014年，瑞士國會(huì )就批準對新的水保護法案進(jìn)行修訂（Swiss Water Protection Act），對污水廠(chǎng)出水中微污染物的排放濃度設定限值，并要求部分污水廠(chǎng)進(jìn)行改造，增加深度處理工藝，以12種指示污染物的去除率作為評判標準，且去除率不低于80%。他們的目標是在2040年前，對全瑞士約650座污水廠(chǎng)中的100座進(jìn)行升級改造。
雖然得到瑞士政府在資金上的保障，但參與這個(gè)項目的污水廠(chǎng)的運行管理者依然面臨著(zhù)自己的挑戰，主要問(wèn)題是目前去除這些污染物的工藝其實(shí)比較復雜，而且選擇不多，無(wú)非是臭氧、活性炭和光催化等。
瑞士第一座臭氧四級處理污水廠(chǎng)Neugut | 圖源：water2020.eu
瑞士有深度處理的污水廠(chǎng)概況 | 圖源：water2020.eu
納米粒子助力降解
最近，ETH機器人和智能系統學(xué)院的研究員表示他們研發(fā)了一種更“優(yōu)雅”的方法，來(lái)更輕松地去除這些物質(zhì)。使用多鐵納米顆粒，他們成功地誘使受污水中的化學(xué)殘留物的分解。他們具體研究的材料是鈷鐵氧體-鉍鐵氧體（Cobalt ferrite–bismuth ferrite ，簡(jiǎn)稱(chēng)CFO–BFO），這些納米顆粒并不直接參與化學(xué)反應，而是充當催化劑，加速物質(zhì)轉化成無(wú)害化合物。
磁性納米材料在磁場(chǎng)中通過(guò)磁電效應分解有機物的原理圖 | 圖源：ETH
“其實(shí)這些納米粒子已經(jīng)作為催化劑用于許多工業(yè)領(lǐng)域的化學(xué)反應中了，我們的研究如今成功證明它也可以用于污水處理?！盨alvador Pané博士解釋說(shuō)。他是ETH的多尺度機器人實(shí)驗室（MSRL）的高級研究員，在這個(gè)研究項目的推進(jìn)上他扮演著(zhù)關(guān)鍵角色。
研究員選用紡織行業(yè)使用的各種有機顏料作為實(shí)驗對象，左右兩圖是處理前后的效果對比。| 圖源: ETH / F. Mushtaq
80%去除率
在實(shí)驗里，研究人員使用五種常用藥物作為考察對象，以極少的劑量配成水溶液。結果顯示，納米顆?？梢詫⑦@些物質(zhì)在水中的濃度降低至少80％。對于這個(gè)結果的重要性，本文的第一作者Fajer Mushtaq女士(在讀博士)在接受采訪(fǎng)時(shí)補充道：“這些物質(zhì)里有兩種是傳統臭氧工藝無(wú)法去除的化合物?！?/p>
使用水熱和溶膠 - 凝膠合成的CFO-BFO納米顆粒的制備方案
“更重要的是，我們能夠利用磁場(chǎng)精確調整納米粒子的催化輸出，”參與這個(gè)項目的另一位研究員陳相仲博士解釋說(shuō)。陳博士是MSRL實(shí)驗室的一名博士后。
這些顆粒以鈷鐵氧體為核，然后被鉍鐵氧體作殼包圍。當對它施加外部交變磁場(chǎng)的時(shí)候，顆粒表面的一些區域會(huì )形成正電荷，而其他區域則帶負電荷。這些電荷導致水中形成活性氧物質(zhì)，最終將有機污染物分解成無(wú)害化合物。據陳博士介紹，通過(guò)磁場(chǎng)這些磁性納米粒子自身也可以很容易地從水中移除。
市場(chǎng)反響
研究團隊還挺看好他們研發(fā)的磁性催化法的前景的，因為他們覺(jué)得它的使用比臭氧工藝更為容易。Pané則透露污水界的人他們的研究成果非常感興趣。
但這些研究還處于實(shí)驗室水平，要真正投入工程應用還有好一段路要走?？上驳氖?，據Mushtaq女士介紹，瑞士國家科學(xué)基金會(huì )(SNSF)和科技創(chuàng )新署(Innosuisse)已經(jīng)同意撥款資助他們的一個(gè)過(guò)渡性項目，來(lái)支持他們將這項技術(shù)轉化成實(shí)際應用。另外，他們也計劃成立一家項目子公司（spin-off），來(lái)讓他們的成果更好地和市場(chǎng)需求相匹配。
聯(lián)系客服
