纳米技术与环境

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1、纳米技术与环境　纳米技术的环境收益　　纳米微粒可以通过产品工艺及产品本身使环境受益。传统材料需要更多原材料，生产过程需要消耗更多的能源，或者是会对环境产生一定的危害，而纳米材料可以替代传统材料（Masciangioli和Zhang2003）。看来新的纳米技术可以加强环境保护并促进对污染的发现和治理。　　越来越多的纳米微粒都已经“具备了特殊功能”，也就是说人们对这些微粒的表面进行了设计，使其可以发生特定的化学或生物反应（表1）。这就为我们提供了全新的机制，使我们可以在人类以及动物体内有针对性地输送药

2、物，或是在农作物体内有针对性地输送杀虫剂和化肥。有针对性地输送有助于使我们以非常小的剂量就能够更加有效地利用这些物质，甚至还有可能减少化学品和材料的用量，尤其是那些对环境产生负面影响的物质，例如杀虫剂。改善对环境的监测　　纳米技术的发展可能会对环境（室内及室外环境）产生益处的一个方面就是它可以降低环境监测仪器的成本并提高其敏感度，在某些情况下监测仪器的敏感度可能会比现有的仪器提高数千倍甚至数百万倍。例如，新的蛋白质纳米技术传感器可以探测到浓度大约为10－15或千万亿分之一的汞，而这在以前是根本无法

3、实现的（Bontidean1998）。人类通过利用氧化铕的纳米微粒已经开发了一种敏感度极高的方法来测量一种名为阿特拉津（Atrazine）的除草剂在水中的含量，因为这种杀虫剂经常会污染地下水（Feng等2003）。　　许多采用新纳米技术的监测仪器已经开始实时实地运行了，这些仪器可以同时测量一系列数量众多的污染物和有毒制剂。快速检测过程可以使我们迅速做出反应，从而把产生的损害降到最低程度并减少治理成本（专栏3）。修复污染　　利用纳米技术的各种解决方案同样也可以从源头上减少或预防污染以及有毒物质的排放

4、。以金属氧化物或金属纳米微粒形成的纳米结构的催化剂有望减少工业废气以及汽车尾气的排放（Rickerby5和Morrison2006）。例如，许多贵重金属的纳米微粒都可以和汽车尾气中有毒的一氧化碳（CO）发生氧化反应，从而形成危害性较小的二氧化碳。专栏3：利用纳米技术进行环境监测　　纳米技术可以用来改善空气质量和水质的监测。例如，微型空气质量监测仪可以通过测量相关气体分子出现在水的表面时其导电性发生的变化有选择地检测一氧化碳（CO）和二氧化氮（NO2），其他包括甲烷、臭氧和苯在内的气体也都可以被检测

5、出来。　　在某些实际应用当中，采用纳米技术的传感器的性能超过了传统的空气污染监测仪器（上左图）。这些传感器反应更加快速，具有实时分析能力，地理分辨率极大提高，操作步骤简化，同时还降低了应用成本。这些传感器非常适合对城市地区的地方性污染峰值进行监测。　　为了保证饮用水的安全，我们有必要对污染物（杀虫剂、抗生素、自然毒素、致癌物、工业废物等）进行精确度为毫微克（也就是1g的十亿分之一）每升的监测。一种新的生化传感器可以通过微型免疫测定系统（上右图）利用一种集成光学芯片对来自不同水源的水进行分析。大约2

6、0分钟后，传感器就可以检测并提供30多种不同物质的数据。这种仪器可以重复利用多达500次，之后才需要重新生成其表面的化学物质。　　在纳米范围内，许多微粒都表现出了出色的治理污染物的能力。二氧化钛（TiO2）的纳米微粒可以吸收光能，然后与周围的有机分子发生氧化反应。人类正在利用这种光催化剂的特性生产各种涂层来吸收和氧化污染物，如汽车尾气和工业生产排放的废气（Strini等2005）。我们可以利用这些特性来开发具有自我清洁功能的表层（例如通过捕获空气中的污染物颗粒从而具有自我清洁功能的玻璃和墙壁）。5

7、　　一些纳米结构的材料还有望能够对水和地下水进行清洁。现在可以在市场上买到过滤病原体以及其他不需要的物质的纳米多孔膜。一些科学家建议利用铁的纳米微粒作为化学还原剂来治理地下水的污染问题。铁的纳米微粒发生氧化反应后会成为铁锈，与自然状况下发生反应的过程完全一样。通过利用纳米微粒具有很大表面积的特点，具有磁性的铁的纳米晶体可以被用来去除饮用水中的砷。根据相关报道，这种方法对饮用水中污染物的去除能力是标准去污技术的100多倍。另外一个创新性的方法就是在氧化铁微粒的表面覆盖一层特定分子的涂层，这些分子可以

8、有选择地与污染物分子或离子结合。在被释放到水里以后，这些涂层中的微粒就可以吸附污染物，然后我们可以利用一个磁场来聚集并回收这些物质。节约能源和资源5　　一些新的纳米催化剂在室温下就可以使用。与传统催化剂相比，这一点就具有很大的优势，因为传统催化剂一般都需要在高温条件下才能发生反应，同时需要消耗大量能源。这些能够在室温下发生反应的纳米催化剂为纳米结构材料在小规模的消费群体和国内产品的广泛应用铺平了道路。通过提供环境友好型的方法来替代现行的方法，纳米技术还有可能改变能源的生产、储存和消