科學(xué)家利用廢紙箱研制出新型重金屬修復(fù)劑
隨著電商的普及,日常生活中我們越來越離不開快遞和外賣,過度包裝產(chǎn)生的廢紙箱已經(jīng)成為環(huán)境污染的隱患。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程所研究員吳正巖注意到了這一點。
最近,他帶領(lǐng)團隊把廢紙箱中的纖維素轉(zhuǎn)化為微米碳球,與納米鐵形成一種新材料,實現(xiàn)了水體中六價鉻的污染修復(fù)。美國化學(xué)會學(xué)術(shù)期刊《朗繆爾》日前發(fā)表了這項成果。
廢紙箱的靈感
“先生,您的快遞到了!”生活在電商無孔不入的移動互聯(lián)網(wǎng)社會中,智能手機用戶不可避免地成為“網(wǎng)購愛好者”,吳正巖也不例外。盡管他常常驚訝于商品的精美包裝,但拆開后還是將包裝箱扔進了垃圾箱。
“廢紙箱不僅造成了資源浪費,還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染?!杯h(huán)境研究的職業(yè)敏感性讓吳正巖注意到這個問題。他開始思考如何對廢紙箱進行循環(huán)利用。
吳正巖長期致力于水體重金屬污染的治理。他告訴記者,大量未經(jīng)處理的污染物不斷排入水中,使水體中的重金屬含量急劇升高。
其中,六價鉻是一種常見的重金屬離子。用含鉻廢水灌溉農(nóng)田,鉻離子在土壤里積累,會導(dǎo)致作物中鉻超標(biāo)。長期食用受鉻污染的水與食物會引起流鼻涕、打噴嚏、瘙癢、鼻出血、潰瘍和鼻中隔穿,甚至有致癌危險。
“我們發(fā)現(xiàn),納米鐵對六價鉻具有還原性,而廢紙箱的成分可以給納米鐵提供一個很好的載體環(huán)境。”吳正巖說,如果能將這些紙箱變廢為寶,應(yīng)用在水污染治理上,將會起到雙重環(huán)保作用。
分散納米鐵的碳球
“廢紙箱主要成分為木質(zhì)素和纖維素。我們首先將木質(zhì)素去除,然后利用水熱處理將余下的纖維素轉(zhuǎn)化為微米碳球?!眳钦龓r介紹,纖維素的主要成分是碳,在高溫高壓下它會自動形成碳球。這項常規(guī)的處理手段是技術(shù)的關(guān)鍵之一。
技術(shù)的另一關(guān)鍵在于分散納米鐵。零價納米鐵具有粒徑小、比表面積大、還原性強等優(yōu)點,將其應(yīng)用在鉻、鉛、鎘等重金屬元素去除上有顯著效果。
納米鐵本身容易團聚,從而對鉻的還原效率造成影響。而使用微米碳球作為載體,可提高納米鐵分散性,將鉻快速從六價還原成三價,降低其毒性。
“我們用廢紙箱的成分制作出碳球,為納米鐵提供了便捷的載吸材料?!眳钦龓r說。研究以紫外分光光度計來表征鉻的去除率,目前去除率可達80%。
水熱處理是降低成本的關(guān)鍵
近年來,含鉻化合物被廣泛應(yīng)用于金屬加工、電鍍、制革等產(chǎn)業(yè)。記者發(fā)現(xiàn),尤其在電塑廠、皮革廠排放的污水里,鉻離子含量巨大,導(dǎo)致部分城市的飲用水質(zhì)出現(xiàn)了致癌致畸致突變的污染指標(biāo)。
“這些水其實人是無法飲用的。即使放到污水處理廠,處理也是相當(dāng)困難?!眳钦龓r表示,該項技術(shù)可在污水排放到下水道之前,就用材料有效地去除鉻,大大減少鉻污染水源的危險性。
不過,該技術(shù)需要用到水熱處理,成本較高,是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。目前,研究團隊正在致力于開發(fā)低成本的方法,促進該成果的產(chǎn)業(yè)化。