大气和水污染治理材料的研究现状

大气和水污染治理材料的研究现状

【摘要】本文简要综述了目前应用较广泛的几类治理水和大气污染的材料，指出了研究环境材料的必要性和迫切性。

【Abstract】The article mainly presents that types of material currently are used to control the pollution of water and air,pointing out the necessity and urgency of studying environmental materials.

【关键词】材料污染净化

【Key words】 material pollution purification

引言

目前大气和水污染对环境已经造成极大压力，治理空气污染成为当前的一大要务。大气和水污染治理的方法总体可以分为物理处理法、化学处理法及生物处理法，但无论哪种方法都要借助于一定的材料介质才能实现，环境治理材料称为当前环境工程材料的主要研究内容。根据环境材料的概念，其种类有环境相容材料、其中包括纯天然材料、仿生材料、绿色包装材料、生态建材；环境降解材料、环境工程材料，其中包括环境修复材料、环境净化材料、环境替代材料【1】。

1. 水污染治理材料

1.1 环境矿物材料

环境矿物材料是指由矿物及其改性产物组成的与生态环境具有良好协调性或直接具有防止污染和修复环境功能的一类矿物材料【2】，其基本性能包括矿物表面吸附作用、孔道过滤作用、结构调整作用、离子交换作用、化学活性作用、物理效应作用、纳米效应作用及生物交互作用等【3】。

1.1.1 纳米环境矿物材料

纳米环境矿物材料可以是金属、陶瓷、半导体或符合材料，它的特殊结构使它具有三大特性：表面效应、小尺寸效应和量子效应【4】。纳米多孔矿物材料应用最早微孔材料是沸石，它是以硅氧四面体和铝氧四面体为基本结构单元构成规则孔道和笼体系的阴离子骨架硅铝酸盐【5】。它可以选择性地吸附水中的有机物，从而有效地遏制水体中由于有机物分解而造成的水体缺氧和细菌滋生。

1.1.2 多孔陶瓷材料

多孔陶瓷材料在水污染治理方面主要是将其作为过滤材料，近期研究表明它伴有表面络合、离子交换等作用机理【6】2,在污水治理上有广泛的应用，如：治理纺织废水、含油废水、重金属污水等。

另外，膜生物反应器也运用了陶瓷材料，膜生物反应器组件代替活性污泥中的二级沉池，将膜组件与生物反应器相结合，能够使系统出水水质和容积负荷都大幅提高的一种污水处理装置，其膜组件主要为无极陶瓷材料（UF或MF），其原理是利用沉浸于好养生物池内的膜组件截留来自生物反应混合器液中的微生物絮体、相对分子量较大的有机物和其他固体，并使之重新回到生物反应器内，增加了对难降解有机物的停留时间，同时促进了反硝化细菌的增值【7】。主要用于处理生活污水，如人粪尿处理和小区生活污水处理。

1.1.3 非金属矿物环境材料

天然矿物之所以能够处理环境污染，绝不仅仅是矿物所表现出来的简单的吸附作用。非金属矿物材料对污染物的净化功能主要体现在其基本性能方面，包括表面效应、过滤和孔道效应、结构效应、离子交换作用、结晶效应、溶解效应等【8】。非金属矿物环境材料在大气和水污染处理发挥着重要的作用，许多国家都利用蒙脱石、累托石、海泡石、硅藻土、方解石等治理水体污染。目前开发的以多孔结构粘土矿物为载体的无机抗菌剂已成功应用于室内空气净化，并对病菌及其分泌物毒素均有较强的杀灭和降解作用。

1.2 负载Mn配合物催化剂

目前应用在高级氧化技术中的催化剂大都是简单的过渡金属离子和过渡金属氧化物，利用过渡金属配合物作为氧化催化剂来进行污染治理研究的工作还很少。。Mn(Me2EBC)C12是一种刚性桥联大环配体的锰配合物，其结构如图所示。它具有超强稳定性特殊的氧化能力，稳定性好、使用寿命长。实验证明【9】

。负载Mn配合物催化剂对亚基蓝、罗丹明和苯酚都有去除效果，其中对罗丹明的去除效果最好，反应60min转化率达到100%。

1.3 水滑石类材料

水滑石类化合物（LDHs）是水滑石、累水滑石和柱撑水滑石的统称，是一类由带正电荷层和层间填充带负电荷的阴离子所构成的层状化合物。其层板间由两种或多种不同价型的金属氧化物组成，又称层状金属氧化物。它的主要性质包括酸碱双功能性、记忆效应、热稳定性、层间阴离子的可交换性和插层结构。水滑石类材料在水体中的应用主要利用了水滑石的层间离子交换性能和结构记忆效应两大特性。

LDHs利用离子交换性能可去除污水中的卤素离子，阴离子交换顺序为CO32->OH->SO42->HPO42->F->Cl->Br->I-，对无机阴离子的交换顺序为CO32->SO42->OH->F->Cl->B(OH)4->NO3-。一般而言，高价阴离子易于交换进入层间，而低价阴离子易被交换出来，利用HTLcs的这种性质可以调整层间阴离子的种类。

肖杰等实验认为Mg—A1水滑石加入量为1.0g·L-1时对分散红紫、分散艳黄和分散蓝染料废水的脱色率高于活性炭。吸附后的水滑石材料脱色、晾干、焙烧后仍可继续使用【10】。在Zn—Al型水滑石中插入水溶性磺化芳烃对苯甲醇和硝基苯酚有高效的吸附能力【11】。在适宜的实验条件下，Mg—Al—Fe类水滑石焙烧产物对苯酚的去除率最高达93.1%【12】。水滑石纳米材料还可以很好地去除水体的细菌和病毒，对河水中自养型的细菌和病毒的吸附效率超过99％，对非自养型细菌的去除效率也可达87％～99％。

2. 大气污染治理材料

人们重视室内装修的同时也带来了室内空气污染的烦恼，绝大多数的装饰材料，如绝缘材料、涂料以及各种家具的表面、墙壁、地板用油等为化学VOCs、甲醛、二甲苯、臭氧等，对人体的健康造成很大威胁。

按照标准国际化组织（ISO）的定义，“大气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起的某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人体的舒适、健康和福利或造成了环境污染的现象“。根据污染的来源，可以把大气污染分为生活污染源、工业污染源以及交通运输污染源，其中最具影响的污染物主要来源是燃料燃烧和工业排放的尾气。环境治理材料是环境净化处理的主体，是大气污染治理的关键技术之一。

2.1 甲醛

室内污染的首要污染物是甲醛，在治理甲醛的现有方法中，吸附法尤其效率高、富集功能强、不会造成二次污染等优点而广泛应用。活性炭纤维是一种具有比常规活性炭有更大的比表面积和更快的吸附速率的新型纤维活性炭，是治理甲醛的一种优良吸附剂【13】。但活性炭不可以循环利用，光催化降解是一门方兴未艾的科学技术。目前所采用的光催化剂中TiO2以其活性高、热稳定性好、价格便宜、对人体无害等特征备受人们青睐。因此，将活性炭纤维ACF和光触媒TiO2相结合治理甲醛污染，优势明显。

2.2 臭氧

近年来广泛应用的臭氧消毒器、消毒箱和臭氧净化消毒器等，再加上激光打印机、复印机等的推广，都导致不同程度的臭氧泄露或高压放电释放臭氧，从而加剧了室内空气状况的进一步恶化。

LiWei等提出的催化剂表面分解机理为：

O3+* O2+O*

O*+O3 O2+O2*

O2* O2+

处理过的负载型双金属催化剂具有很强的分解臭氧能力，XPS分析表明，第二金属的加入使催化剂的臭氧分解活性有较为明显地提高，且Cu的引入大大延长了催化剂的使用寿命【14】。

2.3 光辐射材料

有些无机光催化材料只是通过物理吸附、化学吸附、离子吸附和分解，产生强氧化剂（OH-、O-），就足以消除有害物质的污染，使得在阴暗的环境中达到降解污染物、净化环境的目的。这与通常所说的光催化反应除污的作用原理有所不同。电石就是其中的一类，是用于环境净化的多元素天然矿物，以硼为特征的Al、Na、Fe、Mg、Li的环状结构硅酸