AZO于2020年11月18日发布关于纳米与环境的问题,文章指出环境保护是人类面临的重大挑战之一。多年来,我们制造和丢弃塑料,无意中破坏了我们的环境,采矿和燃烧化石燃料加剧了气候变化,人造产品污染了我们的空气和水道。
但是现在是时候修复环境以及我们与环境的关系了,纳米技术将在确保我们星球未来的可持续性方面发挥至关重要的作用。
为什么纳米技术?
与实体材料相比,纳米材料表现出意想不到的特性;它们的高表面积-体积比赋予了它们独特的物理化学性质,包括多功能和增强的反应活性或选择性。
从节省原材料、能源和水,到减少温室气体和危险废物,纳米技术的独特属性可以用于各种产品、程序和应用,这无疑可以支持环境和气候保护。
拯救海洋
石油泄漏对海洋、河流和居住在其中的野生动物来说是灾难性的。清除溢出物的传统方法是不够的,而且尽管纳米解决方案仍处于初级阶段,但它显示出了作为处理清理工作的替代手段的巨大前景。
在2010年的深水地平线灾难之后,来自纽约州立大学石溪分校的研究人员开发了一种光催化氧化铜钨纳米颗粒的纳米网格。当阳光照射时,这些纳米粒子将石油分解成可生物降解的化合物。
材料科学与工程学院的教授Pelagia-Irene Gouma说:“它利用了整个太阳光谱,可以在水中工作很长时间。”“我们的技术是独一无二的。当你用光照射这些网格时,它们就开始工作,可以反复使用。”
水清洁
基于纳米技术的解决方案可以从几个方面促进水的长期质量、可用性和可行性:
治疗和修复
纳米技术可以产生用于分离的新一代纳米膜,以实现更大程度的水净化和脱盐,以及去除、减少或中和水污染物的更好手段。后者可能包括沸石、碳纳米管、介孔载体上的自组装单层(SAMMS)、生物聚合物和单酶纳米颗粒等,仅举几例。
污染防治
这不仅包括“传统”污染物,还包括水传播的传染病。例如,纳米技术可以提供银形式的无氯杀菌剂和用于光催化消毒的二氧化钛催化剂。
已经在使用的实际净水应用包括利用纳米铁去除地下水中的有机溶剂。纳米颗粒在水中分散并分解溶剂,而不需要将水从地下抽走,这使得这种方法更有效、更便宜。
基于纳米技术的解决方案也可以去除放射性废物。钛酸钠纳米纤维是很好的吸附剂,可以去除水中的放射性离子,如铯和碘。
净化空气
二氧化碳(CO2)可能是对环境的最大威胁。工业革命,伴随着燃烧化石燃料的必要性的增加,导致了大量的温室气体污染了大气,推动了气候变化。因此,地球正在变暖,极地冰帽正在融化,许多低洼地区面临着完全消失的危险。
利用可再生能源已经减少了二氧化碳的排放。然而,如果没有燃烧化石燃料的替代品,就需要从废气中过滤二氧化碳,以便捕获和储存。
目前从废气中分离二氧化碳的方法价格昂贵,使用化学物质,而且对大规模应用没有足够的竞争力。然而,用纳米材料制成的膜也可以以同样的方式工作,而且成本很小,而且不需要额外的化合物。
德国的研究人员最近制造了一种超薄的纳米级聚合物薄膜,可以过滤掉二氧化碳,并取得了无与伦比的效果。这种高渗透性是由只有几十纳米厚的亲二氧化碳材料造成的。研究人员说,这种材料可以用于处理低压下的大型气体流,比如从燃煤发电厂的烟道气中捕获二氧化碳。
挥发性有机化合物(VOCs)也对空气质量构成危害,导致烟雾和高臭氧水平。日本研究人员发现了一种在环境温度下从空气中去除挥发性有机化合物以及硫和氮氧化物的方法。他们利用多孔锰氧化物和生长在其中的金纳米颗粒作为催化剂分解和去除有害化合物。
创造微妙的平衡
纳米技术为环境技术提供了巨大的机会。在传感和监测、选择性吸附和纳米膜方面已经有许多成功的案例。然而,我们必须小心地平衡环境的需要和我们所选择的纳米技术的活性、选择性和稳定性。
纳米技术的许多令人满意的品质——例如它的高性能——来自于它的高反应性,这是由它精致的表面和微观结构引起的。因此,我们必须小心避免纳米技术的破坏和退化以及对环境的进一步伤害。