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    納米材料在水體治理和土壤修復中的應用分析

    本文時間:2021年09月14日 發表期刊:粘接 發表刊期:2021年07期 點擊次數:

    摘 要:最近幾年,我國水體污染和土壤重金屬污染現象越來越突出,嚴重影響了農業的穩定發展,為了解決這一問題,現以納米材料應用為例,從水體治理和土壤修復兩個方面入手,充分發揮和利用納米材料的應用優勢,以改善水體污染和土壤污染問題,從而為人們構建

    《納米材料在水體治理和土壤修復中的應用分析》論文發表期刊:《粘接》;發表周期:2021年07期

    《納米材料在水體治理和土壤修復中的應用分析》論文作者信息:陳雪文,男,漢族,江蘇蘇州人,碩士,中級工程師,研究方向:環境工程微水景觀修復、土壤修復。

      摘 要:最近幾年,我國水體污染和土壤重金屬污染現象越來越突出,嚴重影響了農業的穩定發展,為了解決這一問題,現以納米材料應用為例,從水體治理和土壤修復兩個方面入手,充分發揮和利用納米材料的應用優勢,以改善水體污染和土壤污染問題,從而為人們構建安全、舒適的生存環境。應用實踐表明,納米材料具有很高的可行性和有效性,不僅能夠對污水起到很好的凈化作用,還能能吸附土壤中的重金屬離子,為實現土壤的有效修復發揮出重要作用。希望通過這次研究,為相關環保部門提供有效的借鑒和參考。

      關鍵詞:納米材料;水體治理;土壤修復;應用

      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

      隨著全球環境污染程度的不斷加劇,我國對環保發展提出了更高的要求,在這樣的背景下,納米材料應運而生,該材料憑借著自身高吸附性,高降解性等特征,可以與污染物進行直接性接觸和混合,并發生一系列的氧化還原反應,為降低污水和土壤中的有機污染物、重金屬含量發揮出重要作用。因此,為了更好地凈化和修復水體和土壤,如何將納米材料科學應用于水體治理和土壤修復中是環保部門必須思考和解決的問題。

      1 納米材料的制備方法與種類

      1.1納米材料的制備方法通常情況下,納米材料制備方法主要包含以下兩種方法,一種是化學制備法,另一種是物理制備法。其中,化學制備法主要是指通過綜合運用乳液法、沉積法和溶膠凝膠法,實現對納米材料的制備。物理制備法主要是指通過綜合運用物理粉碎法、真空冷凝法和機械球磨法,實現對納米材料的制備。與化學制備法相比,物理制備法具有易操作、成本低、高效安全等特征,因此,物理制備法被廣泛地應用于納米材料制備中。特別是機械球磨法被廣泛地應用于納米材料制備中。但是,物理制備法存在一定的局限性",無法保證納米材料的純度以及顆粒分布均勻性,因此,化學制備法逐漸取代了物理制備法,并成為了制備納米材料的主要方法。另外,在進行納米材料制備的過程中,環保部門要科學控制制備物與顆粒物之間的關聯性,納米材料純度會隨著制備物的顆粒直徑的減小而增強。此外,納米材料顆粒分布均勻性與制備物結晶程度存在一定的關系,當制備物的結晶程度不斷升高時2,納米材料顆粒分布就會變得更加均勻。因此,為了提高納米材料的制備水平,環保部門要把握好制備材料顆粒直徑與制備物結晶程度之間的關聯性,選用科學合理的納米材料制備法,從而提高納米材料的純度和顆粒分布的均勻性。

      1.2納米材料的類型

      目前,在水體治理和土壤修復領域中,納米材料僅僅處于應用的初級階段,大量技術還不夠成熟,無法將納米材料直接有效地應用于水體治理和土壤修復中,因此,在分析和確定納米材料類型的過程中,環保部門要采用收集和查看相關文獻資料的方式,對其類型進行界定。通常情況下,納米材料類型主要包含以下幾種,如納米型礦物、金屬氧化物、納米型聚合物和半導體材料以及多孔納米改性材料等。例如:在進行水體治理和土壤修復中,環保部門通過利用Ti02Zno,wo,等金屬氧化物納米材料可以土壤中的重金屬離子產生氧化還原反應,從而降低土壤中的重金屬離子含量,以達到提高土壤修復能力的目的"。另外,價格低劣的納米型礦物在水體治理和土壤修復中也發揮出相應的應用成效,因此,該材料被廣泛地應用于水體治理和土壤修復中。

      2 納米材料在水體治理中的應用

      2.1在有機污水處理中的應用為了進一步地提高有機污水的處理效率和效果,環保部門要利用TO2納米材料實現對水中污染物的降解,該材料在具體的運用中,主要借助光照作用,通過利用氧化水體,對水中的有機污染物進行催化處理,以達到凈化污染水的目的。通過對納米材料的應用效果進行全方位分析,發現在納米材料的應用背景下,可以實現對多種有機污染物的有效降解處理,使得有機污染物最終以水、一氧化碳物質存在水體中,以達到降低污水的毒性的目的。例如:通過將Ti0,納米材料應用于造紙廠所排放的廢水中,可以實現對廢水的催化降解處理,當TiO2納米材料使用后,對廢水內的TOC有機總碳進行測量,發現廢水中TOC有機總碳去除率達到了99%以上,同時,廢水由渾濁狀態變為澄清狀態,取得了良好的脫色效果。由此可見,Tio2納米材料具有非常高的應用價值和應用前景,不僅能夠降低廢水的毒性,實現對廢水的凈化處理,還能保證廢水的脫色效果。通常情況下,污水中含有多種多樣的有害物質,因此,廢水的毒性往往較強,比較常見的有毒物質主要由以下幾種,分別是細菌、病毒、鐵銹等。這些有毒物質的出現給水體生態環境以及人體健康造成了不良的影響,傳統的污水處理模式下,無法全面有效地清除污水中的有毒物質,為了解決這一問題,環保部門要重視對納米材料的應用,通過應用該材料,不僅可以快速、有效地清除污水中的有毒物質,還能縮小污水處理成本,同時,還解決了污水處理的二次污染問題。同時,納米材料具有很強的吸附性,能夠對吳污水中的懸浮物進行吸附處理,以達到全方位凈化污水的目的。

      2.2在無機污水處理中的應用納米材料除了可以凈化有機污水外,還能處理無機污水。無機污水通常含有較多的重金屬,對人體健康造成了不良的影響。因此,環保部門要在納米材料的應用背景下,加強對無機污水的處理。首先,要利用TO納米材料,借助該材料強大的吸附功能,對水中的重金屬離子進行吸附處理,同時,還要利用氧化還原反應,以達到還原金屬的目的,這樣一來,不僅降低污水中的重金屬離子含量和污水毒性,還能有效地回收和再利用金、、鉑等重金屬,以達到變廢為寶的目的,為進一步提高廢水的利用率打下堅實的基礎?傊,為了進一步提高水體治理效率和效果,環保部門要重視對納米材料的科學應用,充分發揮和利用該材料的應用優勢,為保護水資源,提高水資源的利用率發揮出重要作用。

      3 納米材料在土壤修復中的應用為了充分發揮納米材料在土壤修復中的應用價值,現以多孔納米改性材料為研究對象,將該納米材料應用于重金屬土壤修復中,以達到降低土壤重金屬含量的目的。這是由于多孔納米改性材料作為一種重要的納米材料修復劑,具有顆粒分布均勻、穩定性強、吸附性強等特征,能夠吸附和降解土壤中的重金屬,為減小土壤修復成本",解決土壤重金屬的二次污染問題打下堅實的基礎。

      為此,環保部門要嚴格按照如圖1所示的土壤修復技術路線,從多孔納米改性材料修復土壤重金屬ed、ph入手,驗證新型納米材料在土壤修復中的應用效果,為后期更好地推廣和普及新型納米材料創造良好的條件。

      3.1 試驗材料

      為了更好地了解和把握多孔納米改性材料的理化性質和表征,環保部門要重視對供試納米材料的科學選擇。首先,在本次試驗中,所用到的供試材料主要以多孔納米改性材料為主,該材料具有吸附性強、成本低、可再生回收等特征[5],可以實現對重金屬土壤修復能力的全面提高。本次試驗用到的主要化學試劑種類、級別如表1所示。

      3.2試驗方法

      3.21 PH值測定

      為了精準地測量出多孔納米改性材料的酸堿度,環保部門要嚴格按照土壤農化分析相關標準和要求,實現對多孔納米改性材料的PH值的測量。在進行PH值測量的過程中,需要將水土比例控制在2:1之間,同時,將磁力攪拌時間設置為60%,當攪拌結束后,需要將反應液靜置30min,然后,利用PH計對其進行測量。為了進一步提高測量結果的準確性和真實性,環保部門要重復測量3次對多孔納米改性材料的PH值,然后取3次測量結果的平均值。

      3.22土壤重金屬含量分析

      通過采用消解法,利用電熱板,實現對土壤重金屬含量的分析和確定。首先,要稱取質量為0.2g的多孔納米改性材料,并將其放置于聚四氟乙烯 堝中,然后,將一定濃度的HCL溶液加入其中,并對所有反應液進行低溫消解處理",在此基礎上,向容器加入一定濃度的硝酸和氯酸,然后,對其進行稀酸清洗處理和過濾處理,最后,對所有反應液進行定容,從而精確地測量出土壤重金屬含量。

      3.23 CEC測定

      在進行CEC(陽離子交換量)測定的過程中,為了保證最終測定結果的準確性和真實性,環保部門要采用乙酸鈉交換法,進行測量。首先,將1g的多孔納米改性材料加入到離心管中,然后,向離心管中加入1mol/聯鎖故障乙酸鈉溶液,然后,手動振蕩離心管,使其充分混合反應并離心,最后,將離心管上層清液去除,從而測出CEC(陽離子交換量)數值,為后期更好地修復土壤重金屬提供重要的依據和參考。

      3.2.4 元素分析

      為了科學地界定多孔納米改性材料含有的元素成分,環保部門還要利用榮盛分析儀,實現對該材料內的C、H、O、N元素含量的精確測定,整個樣品需要重復測試3次,然后,取3次測量值的平均值,從而科學、精確地計算和統計出多孔納米改性材料的H/C和(0+N)/C的原子含量比。

      3.2.5紅外光譜分析

      為了保證試驗結果的準確性和真實性,環保部門要利用紅外光譜儀,針對土壤重金屬含量,測定并繪制紅外光譜圖。在具體的測試中,要將紅外掃描次數設置為32次,將測試溫度設置為25℃,將反應物的相對濕度控制在40%以上,然后,采用生物炭磨的方式,對多孔納米改性材料進行壓片處理,以測試出最終的結果。

      3.3結果分析

      3.3.1 多孔納米改性材料的PH,CEC和重金屬分析多孔納米改性材料的PH,CEC和SOM如表2所示。從表中的數據可以看出,多孔納米改性材料的PH值為

      8.16,說明該材料呈現出弱酸性1,并攜帶有堿性基團,在改善酸性土壤和降低土壤重金屬活性方面具有重要作用;該材料的CEC(陽離子交換量)含量較高,說明該材料對土壤中的陽離子具有很強的吸附能力,同時,該材料含有較低的SOM(有機質)。

      此外,為了科學控制和調整土壤重金屬含量,環保部門要嚴格按照土壤環境治理相關標準和要求,通過利用多孔納米改性材料,實現對土壤重金屬含量的有效降低。通過將多孔納米改性材料應用于重金屬土壤修復中,得到如表3所示的多孔納米改性材料重金屬含量。從表中的數據可以看出,發現土壤中的Cd、As、Pb含量較低,說明,通過使用多孔納米改性材料,有效地解決了土壤的二次污染問題,盡管Cr、Cu、Zn、Ni含量較高,但是,這些重金屬含量均在土壤限值的范圍內,不影響農作物的健康生長[9]。

      3.3.2 多孔納米改性材料的極性分析

      通過對多孔納米改性材料的C、H、O、N元素進行測定,得到如表4所示的多孔納米改性材料元素含量和原子比。從表中的數據可以看出,多孔納米改性材料的具有較高的芳香性和極性,表中的“(O+N)/C”、“O/C”和“ H/C”均代表多孔納米改性材料的物理性質和化學性質,其中,“(O+N)/C”、“ O/C”代表多孔納米改性材料的極性大小,其數值越大,說明該材料吸附劑的極性越強。而“H/C”代表多孔納米改性材料吸附劑芳香性的大小,其數值越小,說明該材料的芳香性越強。導致該材料的氧含量較高的原因是該材料內部含有氧官能團,由此可見,多孔納米改性材料在處理土壤重金屬離子、極性污染物和非極性污染物方面具有很強的吸附能力[10]。

      3.3.3 紅外光譜分析

      多孔納米改性材料傅立葉變換紅外光譜圖如圖2所示。紅外光譜主要用于對—OH、—C=O等不同原子極性的分析和研究。官能團不同,所吸收的特征峰也會存在很大的差異,通過利用傅立葉變換紅外光譜圖可以快速地查詢不同峰值所對應的含氧官能團,通過對各個含氧官能團進行全面觀察,可以發現多孔納米改性材料含有少量的碳酸根離子,出現這一現象的根本原因是在制備納米材料期間,反應物吸入空氣中的二氧化碳。為了實現對多孔納米改性材料含氧官能團的定性定量分析,環保部門要根據含氧官能團的特性,推斷出該材料呈現出一定的堿性,但是,該材料含有大量的酸性含氧官能團,因此,可以最大限度地提高多孔納米改性材料對土壤重金屬離子的吸附能力。

      4結語

      綜上所述,為了解決環境污染問題,實現對水污染的凈化以及土壤修復能力的提高,環保部門要重視對納米材料的科學應用,充分發揮和利用該材料的吸附作用、降解作用和凈化作用,與水體和土壤的有機污染物進行氧化還原反應,以實現對有機污染物的降解和凈化處理,為進一步提高環境污染治理效率和效果提供有力的保障。由此可見,納米材料在水體治理和土壤修復中具有非常高的應用價值和應用前景,環保部門要加強對納米材料的推廣和應用,促進納米材料的健康、可持續發展。

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