科研團(tuán)隊“織網(wǎng)”捕捉水中重金屬

　　 “我們制備了一種新型的氨基化氧化石墨烯納米復(fù)合材料，大量實驗證明，這種新型材料可快速、高效地去除水中鈷離子。”中科院合肥研究院合肥智能機(jī)械研究所(以下簡稱智能所)副所長劉錦淮日前在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時透露。

　　利用這種新型的氨基化氧化石墨烯(GO-NH2)納米復(fù)合材料，劉錦淮與智能所研究員黃行九帶領(lǐng)科研團(tuán)隊，對來自內(nèi)蒙古托克托縣興旺莊村、安徽蒙城縣三義鎮(zhèn)的以及普通自來水這三種水樣進(jìn)行鈷污染模擬實驗，效果非常理想。

　　該研究成果已發(fā)表在環(huán)境類知名期刊《危險材料雜志》上。評審人認(rèn)為：“這是一項精細(xì)且效果突出的工作。”

　　水環(huán)境保護(hù)備受重視

　　不久前，環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合其他七大部委“重拳”出擊，將重點開展涉重金屬和醫(yī)藥制造行業(yè)排污監(jiān)督檢查，深化重點流域重污染行業(yè)水污染專項整治。

　　在劉錦淮看來，治理水污染、保護(hù)水環(huán)境刻不容緩。工業(yè)廢水、礦山開采和金屬冶煉等產(chǎn)生的污染物通過不同的方式進(jìn)入水環(huán)境中，國內(nèi)不少地方的水環(huán)境均受到不同程度污染。有數(shù)據(jù)表明，我國各大江河湖庫普遍受到不同程度的重金屬污染,其底質(zhì)污染率高達(dá)80.1%,而且已經(jīng)開始影響到水體的質(zhì)量。例如，黃河、淮河、松花江、遼河等十大流域的流域片，重金屬超標(biāo)斷面的污染程度均為Ⅴ類。

　　科研人員發(fā)現(xiàn)，重金屬污染與有機(jī)污染物不同，重金屬不能被微生物所分解，其流入水體后，可通過食物鏈在生物體內(nèi)逐步富集。而重金屬不斷富集后，只需微量濃度即會對人與動植物產(chǎn)生毒性效應(yīng)。并且，毒性具有持續(xù)性和放大作用，經(jīng)過生物累積可在生物體內(nèi)成千上萬倍累積，特別是在人體內(nèi)一定部位積累最終致使人體中毒甚至致癌。

　　近年來，在國家重大科學(xué)研究計劃項目“應(yīng)用納米技術(shù)去除飲用水中微污染物的基礎(chǔ)研究”等項目的支持下，“973”項目首席科學(xué)家劉錦淮與中科院“引進(jìn)海外杰出人才”黃行九帶領(lǐng)研究團(tuán)隊在水污染物重金屬污染物治理中取得了系列成果，此次取得的創(chuàng)新成果正是在這一背景下產(chǎn)生的。

　　通過初步調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)目前我國實際水環(huán)境重金屬污染存在兩大問題：一是很多缺水地區(qū)的居民都飲用地下水，而大部分地區(qū)的深層地下水中的礦物質(zhì)含量均已超標(biāo)，影響人們身體健康;二是工業(yè)污染使得含有重金屬等有毒物質(zhì)排放到自然環(huán)境中，再轉(zhuǎn)移到飲用水中，其結(jié)果可想而知。

　　“我們希望運用科技來實際解決這些問題。”黃行九說。研究中之所以選擇鈷離子作為主要污染物，是因為水中重金屬離子鈷在高濃度時會引起諸多嚴(yán)重的健康問題，如低血壓、癱瘓、腹瀉和骨缺陷，也會導(dǎo)致活細(xì)胞基因突變。此外，放射性鈷-60還是重要的核污染物。

　　搞定“難搞”的石墨材料

　　在氨基化氧化石墨烯納米復(fù)合材料的研究中，劉錦淮與黃行九團(tuán)隊遇到了幾個難題。

　　比如材料的選擇。科研人員在一系列的文獻(xiàn)調(diào)研比較之后，選定了石墨烯基材料。作為一種新型材料，石墨烯具有穩(wěn)定、無毒、比表面積大、利于功能化等優(yōu)點。

　　但是，在研究中他們發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯也能去除水中重金屬離子，可它的吸附容量并不高。怎樣在其基礎(chǔ)上改進(jìn)材料，增加其吸附效率成了他們要解決的問題。

　　研究人員將其回歸到最基本地化學(xué)問題上——結(jié)合基礎(chǔ)化學(xué)方法，選擇氨基化氧化石墨烯材料進(jìn)行實驗，用它來去除水中重金屬鈷離子。

　　如何用最少的材料最大程度地去除污染物?這給科研人員提出了新要求，怎樣才能夠結(jié)合上更多的活性位點成為一個重要的問題。

　　經(jīng)過大量文獻(xiàn)調(diào)研及實驗摸索，他們找到了一種利用簡單的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)在材料表面接上更多的活性位點，從而加大了材料對污染離子的吸附去除效果，在最終制備得到的材料中活性位點氮元素的含量達(dá)到3.72%。