微污染物克星？瑞士團隊研發(fā)磁性納米催化劑分解頑固污染物

水處理網(wǎng)訊:微污染物是水處理界的一個新興問題，它給我們的水體造成了不少的負擔(dān)，要將它們從污水中移除更是需要很多技術(shù)資源。對此，顯然我們不能坐以待斃。瑞士和德國是這方面的探路先鋒，此前我們就曾報道過德國巴登-符騰堡州（Baden-Württemberg）對地方污水廠的微污染物去除項目給予資助。而最近。最近， 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院ETH的研究員聲稱開發(fā)了一種新的方法，可以有效地去除這些“麻煩制造者”。他們的報告發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域的著名期刊《Advanced Materials》上。

磁性納米粒子助力去除微污染物

要解決微污染物的問題，首先要弄清這些污染物的源頭。其實它們就來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(dāng)今城市污水處理廠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，給我們水體中的動植物都造成負擔(dān)。

瑞士是世界上第一個實行新興污染物點源控制的國家。早在2014年，瑞士國會就批準對新的水保護法案進行修訂（Swiss Water Protection Act），對污水廠出水中微污染物的排放濃度設(shè)定限值，并要求部分污水廠進行改造，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座污水廠中的100座進行升級改造。

雖然得到瑞士政府在資金上的保障，但參與這個項目的污水廠的運行管理者依然面臨著自己的挑戰(zhàn)，主要問題是目前去除這些污染物的工藝其實比較復(fù)雜，而且選擇不多，無非是臭氧、活性炭和光催化等。

納米粒子助力降解

最近，ETH機器人和智能系統(tǒng)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 ，簡稱CFO–BFO），這些納米顆粒并不直接參與化學(xué)反應(yīng)，而是充當(dāng)催化劑，加速物質(zhì)轉(zhuǎn)化成無害化合物。

“其實這些納米粒子已經(jīng)作為催化劑用于許多工業(yè)領(lǐng)域的化學(xué)反應(yīng)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。他是ETH的多尺度機器人實驗室（MSRL）的高級研究員，在這個研究項目的推進上他扮演著關(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(jié)果顯示，納米顆?？梢詫⑦@些物質(zhì)在水中的濃度降低至少80％。對于這個結(jié)果的重要性，本文的第一作者Fajer Mushtaq女士(在讀博士)在接受采訪時補充道：“這些物質(zhì)里有兩種是傳統(tǒng)臭氧工藝無法去除的化合物?！?/p>

“更重要的是，我們能夠利用磁場精確調(diào)整納米粒子的催化輸出，”參與這個項目的另一位研究員陳相仲博士解釋說。陳博士是MSRL實驗室的一名博士后。

這些顆粒以鈷鐵氧體為核，然后被鉍鐵氧體作殼包圍。當(dāng)對它施加外部交變磁場的時候，顆粒表面的一些區(qū)域會形成正電荷，而其他區(qū)域則帶負電荷。這些電荷導(dǎo)致水中形成活性氧物質(zhì)，最終將有機污染物分解成無害化合物。 據(jù)陳博士介紹，通過磁場這些磁性納米粒子自身也可以很容易地從水中移除。

市場反響

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驗室水平，要真正投入工程應(yīng)用還有好一段路要走?？上驳氖?，據(jù)Mushtaq女士介紹，瑞士國家科學(xué)基金會(SNSF)和科技創(chuàng)新署(Innosuisse)已經(jīng)同意撥款資助他們的一個過渡性項目，來支持他們將這項技術(shù)轉(zhuǎn)化成實際應(yīng)用。另外，他們也計劃成立一家項目子公司（spin-off），來讓他們的成果更好地和市場需求相匹配。

文章來源：ETH

原標題:微污染物克星？瑞士團隊研發(fā)磁性納米催化劑分解頑固污染物