纳米材料在水体治理和土壤修复中的应用分析

《纳米材料在水体治理和土壤修复中的应用分析》论文发表期刊：《粘接》；发表周期：2021年07期

《纳米材料在水体治理和土壤修复中的应用分析》论文作者信息：陈雪文，男，汉族，江苏苏州人，硕士，中级工程师，研究方向：环境工程微水景观修复、土壤修复。

　　摘　要：最近几年，我国水体污染和土壤重金属污染现象越来越突出，严重影响了农业的稳定发展，为了解决这一问题，现以纳米材料应用为例，从水体治理和土壤修复两个方面入手，充分发挥和利用纳米材料的应用优势，以改善水体污染和土壤污染问题，从而为人们构建安全、舒适的生存环境。应用实践表明，纳米材料具有很高的可行性和有效性，不仅能够对污水起到很好的净化作用，还能能吸附土壤中的重金属离子，为实现土壤的有效修复发挥出重要作用。希望通过这次研究，为相关环保部门提供有效的借鉴和参考。

　　关键词：纳米材料;水体治理;土壤修复;应用

　　Abstract : In recent years, water pollution and soil heavy metal pollution have become more prominent in China, which has seriously affected the stable development of agriculture. In order to solve this problem. the application of nanomaterials is now taken as an example, from two aspects of water treatment and soil remediation. Start with.

　　give full play to and use the application advantages of nano materials to improve water pollution and soil pollution, so as to build a safe and comfortable living environment for people. Application practice shows that nanomaterials have high feasibility and effeectiveness, not only can play a good role in purifying sewage, but also can absorb heavy metal ions in the soil, and play an important role in achieving effective soil restoration. It is hoped that this research will provide effective reference and reference for relevant environmental protection departments

　　Key words : nanomaterials; water treatment; soil remediation; application

　　随着全球环境污染程度的不断加剧，我国对环保发展提出了更高的要求，在这样的背景下，纳米材料应运而生，该材料凭借着自身高吸附性，高降解性等特征，可以与污染物进行直接性接触和混合，并发生一系列的氧化还原反应，为降低污水和土壤中的有机污染物、重金属含量发挥出重要作用。因此，为了更好地净化和修复水体和土壤，如何将纳米材料科学应用于水体治理和土壤修复中是环保部门必须思考和解决的问题。

　　1 纳米材料的制备方法与种类

　　1.1纳米材料的制备方法通常情况下，纳米材料制备方法主要包含以下两种方法，一种是化学制备法，另一种是物理制备法。其中，化学制备法主要是指通过综合运用乳液法、沉积法和溶胶凝胶法，实现对纳米材料的制备。物理制备法主要是指通过综合运用物理粉碎法、真空冷凝法和机械球磨法，实现对纳米材料的制备。与化学制备法相比，物理制备法具有易操作、成本低、高效安全等特征，因此，物理制备法被广泛地应用于纳米材料制备中。特别是机械球磨法被广泛地应用于纳米材料制备中。但是，物理制备法存在一定的局限性"，无法保证纳米材料的纯度以及颗粒分布均匀性，因此，化学制备法逐渐取代了物理制备法，并成为了制备纳米材料的主要方法。另外，在进行纳米材料制备的过程中，环保部门要科学控制制备物与颗粒物之间的关联性，纳米材料纯度会随着制备物的颗粒直径的减小而增强。此外，纳米材料颗粒分布均匀性与制备物结晶程度存在一定的关系，当制备物的结晶程度不断升高时2，纳米材料颗粒分布就会变得更加均匀。因此，为了提高纳米材料的制备水平，环保部门要把握好制备材料颗粒直径与制备物结晶程度之间的关联性，选用科学合理的纳米材料制备法，从而提高纳米材料的纯度和颗粒分布的均匀性。

　　1.2纳米材料的类型

　　目前，在水体治理和土壤修复领域中，纳米材料仅仅处于应用的初级阶段，大量技术还不够成熟，无法将纳米材料直接有效地应用于水体治理和土壤修复中，因此，在分析和确定纳米材料类型的过程中，环保部门要采用收集和查看相关文献资料的方式，对其类型进行界定。通常情况下，纳米材料类型主要包含以下几种，如纳米型矿物、金属氧化物、纳米型聚合物和半导体材料以及多孔纳米改性材料等。例如：在进行水体治理和土壤修复中，环保部门通过利用Ti02Zno，wo，等金属氧化物纳米材料可以土壤中的重金属离子产生氧化还原反应，从而降低土壤中的重金属离子含量，以达到提高土壤修复能力的目的"。另外，价格低劣的纳米型矿物在水体治理和土壤修复中也发挥出相应的应用成效，因此，该材料被广泛地应用于水体治理和土壤修复中。

　　2 纳米材料在水体治理中的应用

　　2.1在有机污水处理中的应用为了进一步地提高有机污水的处理效率和效果，环保部门要利用TO2纳米材料实现对水中污染物的降解，该材料在具体的运用中，主要借助光照作用，通过利用氧化水体，对水中的有机污染物进行催化处理，以达到净化污染水的目的。通过对纳米材料的应用效果进行全方位分析，发现在纳米材料的应用背景下，可以实现对多种有机污染物的有效降解处理，使得有机污染物最终以水、一氧化碳物质存在水体中，以达到降低污水的毒性的目的。例如：通过将Ti0，纳米材料应用于造纸厂所排放的废水中，可以实现对废水的催化降解处理，当TiO2纳米材料使用后，对废水内的TOC有机总碳进行测量，发现废水中TOC有机总碳去除率达到了99%以上，同时，废水由浑浊状态变为澄清状态，取得了良好的脱色效果。由此可见，Tio2纳米材料具有非常高的应用价值和应用前景，不仅能够降低废水的毒性，实现对废水的净化处理，还能保证废水的脱色效果。通常情况下，污水中含有多种多样的有害物质，因此，废水的毒性往往较强，比较常见的有毒物质主要由以下几种，分别是细菌、病毒、铁锈等。这些有毒物质的出现给水体生态环境以及人体健康造成了不良的影响，传统的污水处理模式下，无法全面有效地清除污水中的有毒物质，为了解决这一问题，环保部门要重视对纳米材料的应用，通过应用该材料，不仅可以快速、有效地清除污水中的有毒物质，还能缩小污水处理成本，同时，还解决了污水处理的二次污染问题。同时，纳米材料具有很强的吸附性，能够对吴污水中的悬浮物进行吸附处理，以达到全方位净化污水的目的。

　　2.2在无机污水处理中的应用纳米材料除了可以净化有机污水外，还能处理无机污水。无机污水通常含有较多的重金属，对人体健康造成了不良的影响。因此，环保部门要在纳米材料的应用背景下，加强对无机污水的处理。首先，要利用TO纳米材料，借助该材料强大的吸附功能，对水中的重金属离子进行吸附处理，同时，还要利用氧化还原反应，以达到还原金属的目的，这样一来，不仅降低污水中的重金属离子含量和污水毒性，还能有效地回收和再利用金、、铂等重金属，以达到变废为宝的目的，为进一步提高废水的利用率打下坚实的基础。总之，为了进一步提高水体治理效率和效果，环保部门要重视对纳米材料的科学应用，充分发挥和利用该材料的应用优势，为保护水资源，提高水资源的利用率发挥出重要作用。

　　3 纳米材料在土壤修复中的应用为了充分发挥纳米材料在土壤修复中的应用价值，现以多孔纳米改性材料为研究对象，将该纳米材料应用于重金属土壤修复中，以达到降低土壤重金属含量的目的。这是由于多孔纳米改性材料作为一种重要的纳米材料修复剂，具有颗粒分布均匀、稳定性强、吸附性强等特征，能够吸附和降解土壤中的重金属，为减小土壤修复成本"，解决土壤重金属的二次污染问题打下坚实的基础。

　　为此，环保部门要严格按照如图1所示的土壤修复技术路线，从多孔纳米改性材料修复土壤重金属ed、ph入手，验证新型纳米材料在土壤修复中的应用效果，为后期更好地推广和普及新型纳米材料创造良好的条件。

　　3.1 试验材料

　　为了更好地了解和把握多孔纳米改性材料的理化性质和表征，环保部门要重视对供试纳米材料的科学选择。首先，在本次试验中，所用到的供试材料主要以多孔纳米改性材料为主，该材料具有吸附性强、成本低、可再生回收等特征[5]，可以实现对重金属土壤修复能力的全面提高。本次试验用到的主要化学试剂种类、级别如表1所示。

　　3.2试验方法

　　3.21 PH值测定

　　为了精准地测量出多孔纳米改性材料的酸碱度，环保部门要严格按照土壤农化分析相关标准和要求，实现对多孔纳米改性材料的PH值的测量。在进行PH值测量的过程中，需要将水土比例控制在2：1之间，同时，将磁力搅拌时间设置为60%，当搅拌结束后，需要将反应液静置30min，然后，利用PH计对其进行测量。为了进一步提高测量结果的准确性和真实性，环保部门要重复测量3次对多孔纳米改性材料的PH值，然后取3次测量结果的平均值。

　　3.22土壤重金属含量分析

　　通过采用消解法，利用电热板，实现对土壤重金属含量的分析和确定。首先，要称取质量为0.2g的多孔纳米改性材料，并将其放置于聚四氟乙烯 埚中，然后，将一定浓度的HCL溶液加入其中，并对所有反应液进行低温消解处理"，在此基础上，向容器加入一定浓度的硝酸和氯酸，然后，对其进行稀酸清洗处理和过滤处理，最后，对所有反应液进行定容，从而精确地测量出土壤重金属含量。

　　3.23 CEC测定

　　在进行CEC(阳离子交换量)测定的过程中，为了保证最终测定结果的准确性和真实性，环保部门要采用乙酸钠交换法，进行测量。首先，将1g的多孔纳米改性材料加入到离心管中，然后，向离心管中加入1mol/联锁故障乙酸钠溶液，然后，手动振荡离心管，使其充分混合反应并离心，最后，将离心管上层清液去除，从而测出CEC(阳离子交换量)数值，为后期更好地修复土壤重金属提供重要的依据和参考。

　　3.2.4　元素分析

　　为了科学地界定多孔纳米改性材料含有的元素成分，环保部门还要利用荣盛分析仪，实现对该材料内的C、H、O、N元素含量的精确测定，整个样品需要重复测试3次，然后，取3次测量值的平均值，从而科学、精确地计算和统计出多孔纳米改性材料的H/C和(0+N)/C的原子含量比。

　　3.2.5红外光谱分析

　　为了保证试验结果的准确性和真实性，环保部门要利用红外光谱仪，针对土壤重金属含量，测定并绘制红外光谱图。在具体的测试中，要将红外扫描次数设置为32次，将测试温度设置为25℃，将反应物的相对湿度控制在40%以上，然后，采用生物炭磨的方式，对多孔纳米改性材料进行压片处理，以测试出最终的结果。

　　3.3结果分析

　　3.3.1 多孔纳米改性材料的PH，CEC和重金属分析多孔纳米改性材料的PH，CEC和SOM如表2所示。从表中的数据可以看出，多孔纳米改性材料的PH值为

　　8.16，说明该材料呈现出弱酸性1，并携带有碱性基团，在改善酸性土壤和降低土壤重金属活性方面具有重要作用;该材料的CEC(阳离子交换量)含量较高，说明该材料对土壤中的阳离子具有很强的吸附能力，同时，该材料含有较低的SOM(有机质)。

　　此外，为了科学控制和调整土壤重金属含量，环保部门要严格按照土壤环境治理相关标准和要求，通过利用多孔纳米改性材料，实现对土壤重金属含量的有效降低。通过将多孔纳米改性材料应用于重金属土壤修复中，得到如表3所示的多孔纳米改性材料重金属含量。从表中的数据可以看出，发现土壤中的Cd、As、Pb含量较低，说明，通过使用多孔纳米改性材料，有效地解决了土壤的二次污染问题，尽管Cr、Cu、Zn、Ni含量较高，但是，这些重金属含量均在土壤限值的范围内，不影响农作物的健康生长[9]。

　　3.3.2　多孔纳米改性材料的极性分析

　　通过对多孔纳米改性材料的C、H、O、N元素进行测定，得到如表4所示的多孔纳米改性材料元素含量和原子比。从表中的数据可以看出，多孔纳米改性材料的具有较高的芳香性和极性，表中的“(O+N)/C”、“O/C”和“ H/C”均代表多孔纳米改性材料的物理性质和化学性质，其中，“(O+N)/C”、“ O/C”代表多孔纳米改性材料的极性大小，其数值越大，说明该材料吸附剂的极性越强。而“H/C”代表多孔纳米改性材料吸附剂芳香性的大小，其数值越小，说明该材料的芳香性越强。导致该材料的氧含量较高的原因是该材料内部含有氧官能团，由此可见，多孔纳米改性材料在处理土壤重金属离子、极性污染物和非极性污染物方面具有很强的吸附能力[10]。

　　3.3.3　红外光谱分析

　　多孔纳米改性材料傅立叶变换红外光谱图如图2所示。红外光谱主要用于对—OH、—C=O等不同原子极性的分析和研究。官能团不同，所吸收的特征峰也会存在很大的差异，通过利用傅立叶变换红外光谱图可以快速地查询不同峰值所对应的含氧官能团，通过对各个含氧官能团进行全面观察，可以发现多孔纳米改性材料含有少量的碳酸根离子，出现这一现象的根本原因是在制备纳米材料期间，反应物吸入空气中的二氧化碳。为了实现对多孔纳米改性材料含氧官能团的定性定量分析，环保部门要根据含氧官能团的特性，推断出该材料呈现出一定的碱性，但是，该材料含有大量的酸性含氧官能团，因此，可以最大限度地提高多孔纳米改性材料对土壤重金属离子的吸附能力。

　　4结语

　　综上所述，为了解决环境污染问题，实现对水污染的净化以及土壤修复能力的提高，环保部门要重视对纳米材料的科学应用，充分发挥和利用该材料的吸附作用、降解作用和净化作用，与水体和土壤的有机污染物进行氧化还原反应，以实现对有机污染物的降解和净化处理，为进一步提高环境污染治理效率和效果提供有力的保障。由此可见，纳米材料在水体治理和土壤修复中具有非常高的应用价值和应用前景，环保部门要加强对纳米材料的推广和应用，促进纳米材料的健康、可持续发展。

　　参考文献

　　[1]除佰青，李平平，李仲龙，等纳米材料在污染土壤修复中的应用研究进展[J].当代化工，2020，49(05)：983-987+992.

　　[2]刘雅心土壤修复纳米材料对蚯蚓的生理生化影响及机理研究[D.济南：山东师范大学，2020(08)：227-228.

　　[3]刘璐，纳米碳基催化剂材料制备及在污染水体处理中应用和机制研究[D].长春：吉林大学，2019(01)：234-235.

　　[4]张伟，唐港，张丽迎，等，纳米材料在重金属污染水体净化中的应用进展J现代化工，2019，38(09)：23-27.

　　[5]刘帅，潘响亮·疏水纳米材料修复酞酸酯污染土壤及水体J]千旱区研究，2019，35(05)：1084-1090.

　　[6]谢华俊淀粉改性纳米铁的制备及对铬污染水体和土壤的修复[D].温州：温州大学，2020，(8)：4528.

　　[17]岳宗恺，周启星纳米材料在有机污染土壤修复中的应用与展望]农业环境科学学报，2020，33(5)12-13.

　　[8]刘蕊，周启星，马奇英纳米材料在污染水体和土壤修复中的应用[J]生态学杂志，2020，29(09)1852-1859.

　　[9]刘畅，唐玉朝，王品之.微纳米气泡在治理水体污染方面的应用研究[]安徽建筑大学学报，2020，28(03)：42-46+55.

　　[10]陈丽娜，黄志心，白健豪，等.微纳米曝气—微生物活化技术在黑臭水体治理中的应用[J].给水排水，2019，55(12)：18-23.