“我们已经达到了人类历史上的一个决定性时刻。新议程是由领导人承诺所有的人。它是一种通用的、集成的和变革的愿景为一个更美好的世界。”
这些单词,当时的联合国秘书长潘基文(Ban ki - moon)早在2015年,他宣布1所有193年联合国(联合国)成员国已同意采用2030可持续发展议程2——一个雄心勃勃的框架由17个官方目标,和其他近170目标,消灭贫困的最终目的,解决不平等,和应对气候变化在未来15年。
在可持续发展目标6号,名为“确保可用性和可持续管理的水和卫生设施”,联合国会员国承认承诺减半目前将未经处理的废水的比例3。根据国际水协会2018年的一份报告4今天,大约80%的废水产生直接排放到世界水道没有任何形式的治疗或净化。这个废水,其中一些被未经处理的工业废水,然后被自由组合成我们的河流和海洋,它可以对环境有害5、农业6,那些依赖于健康的自然水源7。
由于这些潜在的风险和义务的履行可持续发展目标,世界各地的研究人员正在努力确定任何新的或不可预见的危害我们的水道,以及研究新的和有效的方法治疗被污染的废水和工业废水。其中一个最令人兴奋的领域开放这些努力的结果是纳米材料和纳米技术的研究;作为一个新兴的工业废水的污染物,也作为一个潜在的有用的工具为水过滤和净化。
纳米材料作为一种新兴污染物废水
严格地说,纳米材料的定义是“与任何外部尺寸在纳米级材料[约。1 - 100 nm)或内部结构或表面结构纳米”由国际标准组织8。由于其体积小和/或结构,纳米材料往往表现出不寻常的或外来的属性,使他们特别感兴趣的行业——纳米材料如碳纳米管(碳纳米管)和石墨烯已经追究应用在电子、医疗、和能源领域9、10。
已经有许多产品,利用碳纳米管;据估计,这些纳米材料的生产数百吨的顺序11每年。不幸的是,问生产的增长也导致越来越多的CNT-containing工业废水,这是出了名的难以用常规方法治疗和净化。碳纳米管非常的化学稳定性,通常只能降级使用强酸或通过高温氧化处理——都是合适的方法来净化和回收水。
关于这一主题的一篇新论文,之间的联合研究的努力证实国家先进工业科学技术(产业)和Meijo大学、日本,最近发表在《科学》杂志上的报告12。本文描述了一个新颖的简单方法去除碳纳米管使用环境友好的化学物质从被污染的工业废水。
具体地说,研究人员调查的影响直接混合次氯酸钠,国内常见的消毒剂清洁和环保氧化剂,水性分散体含有单壁或多壁碳纳米管。集中分散的碳纳米管在水中有一个独特的黑色,任何退化的碳纳米管都是容易被水回到其自然透明显示。退化也跟踪使用透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱在不同时间步后次氯酸钠氧化剂的添加。
研究小组报告说,在120小时后,所有的可观察到的碳纳米管在治疗后完全降解且远离水和次氯酸钠。进一步的实验包含碳nanohorns其他类型的碳纳米材料,以及单一和多壁碳纳米管,也成功地完全移除材料从水中。
Minfang Zhang博士,高级研究员产业评论道,“我们现在正试图建立一个适当的工业过程的实际应用研究。我们希望我们能建立一个标准方法…推进碳纳米材料的广泛应用治疗使用环境友好的方法。”
“我们在这项研究还发现,碳纳米管的降解率依赖于他们的结构类型,的细节我们将在以后的论文出版。”
纳米颗粒纲要:使用icp元素纳米粒子的表征
使用纳米技术治理的废水
虽然一些研究小组专注于把纳米材料从废水,人们开始研究纳米技术的可能性和特别设计的纳米材料可能是有用的新型水处理技术。
需要更好的水过滤系统13导致一个特定的兴趣在水净化工程纳米材料的应用。最近的工作14从Majmaah大学工程学院,沙特阿拉伯,论述了现实世界的纳米材料在废水处理中的应用。
实际上电纺膜nanofibrous(运用)是由聚合物受到静电斥力,称为电纺的过程15。总之,聚合物溶液或熔体是美联储通过毛细管,然后画出来,受到静电力,导致纳米纤维的形成。随机取向纳米纤维往往融合在一起作为溶剂蒸发或聚合物熔体冷却后,留下一个理想,低密度、开孔结构膜,保留了大量的结构完整性——过滤应用程序的理想选择14。
工作Majmaah大学评价研究运用的潜力,针对当前传统过滤膜用于工业废水处理。研究人员观察到,运用有孔隙度远远高于传统的膜(大约80%,而5-35 %),通常是一个更具成本效益和降低能源消耗比传统膜的制作过程。研究人员还发现证据在一些情况下,表面化学修饰的运用可以帮助保护细胞膜免受污染,多余的积累和堵塞。有趣的是,运用工程含有银纳米粒子,极其微小的孔隙大小的10 nm左右甚至能够有效地去除病毒和细菌在实验室条件下——这意味着运用可以潜在的水净化过滤系统,而且还作为消毒剂。
研究生莫妮卡Kulak处理运用在滑铁卢大学,加拿大,解释了“运用允许研究人员开发大量的过滤系统为解决水处理的挑战。Nanomembrane稳定、渗透率和孔隙度都可以调整和定制的基于聚合物材料使用。纳米纤维也可以选择基于绿色特征,如生物降解能力,创造一个整体环境积极的系统。”
运用多功能性的“杰出例子包括聚丙烯腈结合纤维素同时删除许多有毒金属,polyethersulfones展示优秀的热化学稳定性和最小的修改,和chitosan-containing运用成本效益和环保。运用的技术进步,那么干净的可能性,在全球范围内获取水。”
然而,Majmaah大学的研究人员也指出,仍有一些障碍,需要解决之前运用可以考虑准备大规模商业化。首先,他们说,需要采取措施使运用更兼容现有的基础设施的水处理设施。此外,他们强调的重要性,进一步研究如何潜在的商业运用降低随着时间的推移,和任何潜在的环境风险,可能会。
确保可持续发展
描述任何新的纳米技术的可持续性和环境影响可能是未来研究的关键。最近的一项研究发表在国际环境16调查共有50名专家来自19个不同的国家不同的可持续性标准有关纳米材料作为水和废水处理技术,为了评估哪些参数会对这个行业最重要的发展。一般而言,标准与效率和安全性胜出的最重要的因素做出可持续的选择与纳米技术治疗,但也有一种强碱对这些技术的支持为性能受到意想不到的或极端的环境条件下,另外,所使用的类型的纳米材料是否有潜在的复苏和重用。
纳米材料是否扮演的一个令人担忧的新兴污染物,或未来的新型水处理技术,很明显,可持续性和潜在环境影响将非常重要的研究者解决废水污染。持续宣传的组织如联合国在这个问题上是多么重要的有效的废水管理可以保护我们的水和更广泛的环境。
引用
[1]un.org,”秘书长在峰会上的讲话的采用2015年后发展议程。“https://www.un.org/sg/en/content/sg/statement/2015 - 09 - 25/secretary将军讲话峰会-采用2015后的发展。
[2]sustainabledevelopment.un.org,“西班牙——可持续发展知识平台。“https://sustainabledevelopment.un.org/sdgs。
[3]sustainabledevelopment.un.org,“目标6 -可持续发展知识平台。“https://sustainabledevelopment.un.org/sdg6。
国际水协会[4]。2018。“废水报告2018 -重用机会。“https://doi.org/10.5194/acp - 2016 - 176。
[5]美国地质调查局水文科学的学校,“用水:废水处理。“https://water.usgs.gov/edu/wuww.html。
[6]联合国环境。2017。“未经处理的废水——越来越多的危险。“https://doi.org/10.1088/1748-9326/aa75d1。
[7]国家小流清算所改编的普渡大学。1996。“现场污水处理和公共卫生。“https://engineering.purdue.edu/ ~ frankenb / NU-prowd / disease.htm。
[8]国际标准组织。(2015)。TS 80004 - 1:2015:纳米技术-词汇-第1部分:核心条款。从https://www.iso.org/obp/ui/获取iso:性病:iso: ts: 80004: 1: ed-2: v1:嗯。
曼彻斯特大学的[9]。“应用程序——石墨烯。“https://www.graphene.manchester.ac.uk/learn/applications/。
[10]Peng Huisheng。,晴雯。大观园李,道。陈》2017。碳纳米管的工业应用。爱思唯尔。
[11]锡安市场研究。“碳纳米管市场,按类型(单壁碳纳米管(碳),多壁碳纳米管(MWNT))为聚合物,电气和电子、能源、复合材料和其他应用程序:全球产业的角度来看,全面的分析和预测,2016 - 2021》。https://www.zionmarketresearch.com/report/carbon-nanotubes-market。
[12],Minfang Yinmei邓,杨美,Hideaki只是,雅子Yudasaka, Sumio饭岛爱,和Toshiya冈崎》2019。“一个简单的方法去除废水采用次氯酸盐的碳纳米管。“科学报告9 (1):1284。https://doi.org/10.1038/s41598 - 018 - 38307 - 7。
[13]Cuffari Benedette。2018。“纳米技术和水净化。“AZoNano。2018年。https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4918。
[14]Tlili,我。,Tawfeeq阿卜杜拉Alkanhal。2019。“净水的纳米技术:实际上电纺Nanofibrous膜在水和废水处理。《水的重用和海水淡化,1月。https://doi.org/10.2166/wrd.2019.057。
[15]纳米科学仪器。无日期“电纺纳米科学仪器。“https://www.nanoscience.com/techniques/electrospin/。
卡马利[16]也展示、Mohammadreza肯尼斯·m·佩尔森玛丽亚Elisabete科斯塔,伊莎贝尔Capela餐馆。2019。“可持续性标准评估纳米技术应用于工业废水处理:现状和未来前景。“环境国际125 (4):261 - 76。https://doi.org/10.1016/J.ENVINT.2019.01.055。
