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分子層面的淨水夢想
納米技術或將成為處理污水的新途徑
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    與傳統的水處理方法相比,納米淨水處理占地小,人力和能源消耗少,這使它有可能成為幫助發展中國家乃至全球緩解已經來臨的水危機的一個重要途徑

    □陳怡

    “如果要看納米淨水處理的實驗裝置和現場操作,你可能得稍等幾天。很久不用,我已經把它們移到了另一個實驗室裡,估計不經過一番清理和調試,一下子沒法兒用。”6月中旬的一天,華東理工大學納米催化研究室主任陳愛平在電話裡告訴希望前去觀摩這項技術的記者———七年前,這位長期從事超細材料制備與應用研究的高校教師曾與同事合作研製過一台納米淨水裝置。

    對於近年來隨著“納米熱”的退潮而多少有些降溫、市場需求眼下也還未清晰呈現的納米淨水技術,像陳愛平這樣至今仍有興趣來談論它的業內人士並不多。記者曾聯繫上海市納米技術孵化基地裡的三家企業,相關人員都對這個話題沒有太大的興趣,稱自家的產品還有待改進。

    然而,自去年年底起,很多城市都陸續加入了自來水漲價的大合唱中。尤其最近兩個月以來,包括上海、天津、沈陽、廣州、南京等多個大中城市都已經舉行了水價上調聽證會。一股水費提價的“熱浪”正在興起。水價通漲背後隱含的是我國水資源極度短缺、水質污染嚴重、處理成本攀升、利用效率低下的現實。

    納米淨水之夢

    全世界現在大約每8人中就有1人無法獲取安全的水源。聯合國預測,到2025年,全世界將有超過1/3的人口面臨嚴重缺水。工業發展加上氣候變化和人口增長的壓力,更使水資源問題對於發展中國家變得尤為緊迫。

    在相對滯後和寬松的水資源保護立法下,發展中國家普遍原水質量差。傳統的自來水廠採用“絮凝———沉澱———過濾———消毒”的處理工藝,成本高,卻無法解決出廠水濁度、嗅味等感官性指標差,有機物、內分泌干擾物去除率低等問題。一些城市的居民反映自來水中有明顯的漂白粉氣味,據調查,是因為自來水廠使用過量液氯消毒。一位國內自來水廠的工作人員十年前去日本參觀時,驚訝地發現日本的原水水質竟比國內自來水廠出廠水的水質還好。

    那天下午的話題———目不可及的介觀納米世界因而在一定意義上寄托一個迫切的夢想。百萬分之一毫米,也就是人類頭發直徑的六萬分之一,人類在這一尺度上對物質的操縱就像用各種很小的樂高積木搭建一個超大的彩色模型,理想結構的建立變得相對容易。在水處理中,這意味著可能創造最完美的不同淨化材料和結構的組合,達到最好的污染物處理效果。

    過去十年的研究表明,與傳統的水處理方法相比,納米淨水占地小,人力和能源消耗少,這使它有可能成為幫助發展中國家乃至全球緩解已經來臨的水危機的一個重要途徑。

    目前,歐洲、日本和美國正在開發一些諸如從水源中除砷的納米水處理方法,不少發展中國家也正在向利用納米技術淨水的研究項目投資:

    一個印度、巴西和南非三國科技部之間的南南合作研發項目———IBSA納米技術項目提出將納米過濾和超濾膜、偏遠和農村地區使用的納米水淨化系統,以及碳納米凝膠、納米管和納米纖維作為三個優先研究領域;南非的西北大學建起一個水處理廠,利用納米超濾膜清潔一個村莊的含鹽地下水,從而產生供給家庭和社區的安全飲用水;在巴西,農業研究公司Embrapa希望利用納米過濾器開發一種生物消化系統,將灌溉用水清潔成飲用水。同時,它還在開發磁性納米顆粒用於處理被殺蟲劑污染的水;中東雖然在接受納米技術方面落後於其他發展中國家,但情況也正在改變:沙特政府正在資助先進的實驗室研究納米水處理技術。阿卜杜勒-阿齊茲國王科學技術城有一個與IBM合建的納米技術中心,研發用於海水淡化的納米膜。

    雷聲大,雨點小

    但在中國,它似乎長期停留在“雷聲大,雨點小”的狀態。國家科技部的最新研究報告表明,在這個行業,多數企業只是把“納米”概念作為一個幌子,以提升企業知名度;一些地方政府則為了政績,通過行政手段實行簡單的“拉郎配”。“目前市場上使用‘納米’概念的淨水器很多,但真正意義上用納米科學的原理來淨水的恐怕並不多。”陳愛平說。他給記者舉了個例子:用於污水處理的納米吸附劑由許多納米顆粒堆積成的塊狀材料填充到一個吸附塔之類的反應器裡構成。塊狀材料有大孔(直徑大於50納米)、中孔(直徑介於2納米到50納米之間)和微孔(直徑小於納米)等孔道結構,材料的比表面積(納米材料的外表面積與內表面積之和/重量)越大,吸附效果就越好。由於水中的污染物種類非常復雜,吸附劑的大、中、微孔相應需要有一個比較好的比配,對於納米顆粒成型的塊狀吸附劑填料的結構也有一定的要求。最好的吸附劑是各種大小孔道的數量匹配和結構架設都比較好的。

    在陳愛平的實驗室裡,記者看到了塵封已久的納米二氧化肽光催化飲用水淨水瓶樣品,它由自來水儲水瓶、多孔陶瓷粗濾芯、負載在螺旋彈簧狀載體上的納米光催化劑淨水柱、活性炭淨水柱、礦化柱以及淨化水儲罐等組成。

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