納米凈水緣何外熱內(nèi)冷
在我國(guó)，將納米技術(shù)應(yīng)用于水處理還處于剛剛起步階段。真正意義上的深度凈水對(duì)我們而言還只是一個(gè)夢(mèng)想。
在經(jīng)濟(jì)效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，另一因素卻在隱約抑制著納米技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，這就是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)于納米技術(shù)所含風(fēng)險(xiǎn)的爭(zhēng)論。
一個(gè)看上去很普通的“茶葉袋”，把它塞在水壺口，從壺中流出的哪怕是污染最嚴(yán)重的水，經(jīng)過(guò)它的過(guò)濾后，都會(huì)變成100%安全的飲用水。
這是南非斯泰倫布什大學(xué)研究人員近日發(fā)明的一種可凈化水的產(chǎn)品。其秘訣就是“茶葉袋”內(nèi)部涂敷的薄薄一層含生物殺菌劑的微細(xì)納米管，它可以殺死所有致病微生物。
在環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到各國(guó)政府重視的背景下，利用納米技術(shù)進(jìn)行水處理成為各國(guó)高科技競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)熱點(diǎn)。在法國(guó)、美國(guó)、日本等許多發(fā)達(dá)國(guó)家，納米治水技術(shù)在給水行業(yè)中都已得到大規(guī)模推廣，與之相比，在我國(guó)卻還沒(méi)有獲得應(yīng)有的廣泛運(yùn)用。
納米凈水，緣何外熱內(nèi)冷？
 位于巴黎近郊的世界首個(gè)納米膜自來(lái)水廠 |
國(guó)際水處理領(lǐng)域的新寵
納米技術(shù)可用于原水的處理、自來(lái)水的深度凈化、污水處理以及再生回水的生產(chǎn)等等。與傳統(tǒng)的水處理方法相比，納米水處理工藝占地小，人力和能源消耗少，具有常規(guī)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。
中科院國(guó)家納米中心的研究人員王雅君告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，目前，納米技術(shù)處理水大致可分為以下幾種：一是使用吸附性的納米材料，比如碳納米管；二是使用納濾技術(shù)；三是納米光催化技術(shù)。
納濾技術(shù)是目前科學(xué)界認(rèn)為的自來(lái)水深度凈化工藝中最好的方法之一，納濾水甚至被稱為“二十一世紀(jì)的健康水”。納濾技術(shù)的工程應(yīng)用在法國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家的給水行業(yè)中已得到大規(guī)模推廣。
法國(guó)于1999年底在巴黎近郊建立起了世界首個(gè)納米膜自來(lái)水廠，其納米生產(chǎn)線日供水能力為14萬(wàn)噸/日，是現(xiàn)存規(guī)模最大的使用國(guó)際前沿納米高科技的地表水處理廠，每日為巴黎市郊4百萬(wàn)居民提供高質(zhì)量飲用水。此后近十年來(lái)，全球以納濾膜為核心制備高品質(zhì)飲用水的規(guī)模水廠已增加到了2０多座。
在美國(guó)，從1992年到2000年的8年中，自來(lái)水處理工程中納濾膜裝置增加了10倍，大大高于其他方法。
在歐洲市場(chǎng)，采用納濾技術(shù)的家用凈水器普及率已達(dá)60%，基本實(shí)現(xiàn)了家家終端可直飲健康水。
在納濾膜的生產(chǎn)方面，美國(guó)、日本等國(guó)家已達(dá)到了商品化的程度，如美國(guó)Filmtec公司的NF系列納濾膜、日本日東電工的NTR-7400系列納濾膜及東麗公司的UTC系列納濾膜等，都是在水處理領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛的商品化復(fù)合納濾膜。
此外，世界許多國(guó)家，尤其是日本、美國(guó)、加拿大、法國(guó)等還投入了大量資金和研究力量進(jìn)行納米光催化技術(shù)的開發(fā)。
美國(guó)環(huán)保署（EPA）是美國(guó)納米光催化研發(fā)的主要支持單位，它投入巨資開展這方面的工作，并大力推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)化。其重點(diǎn)在于水處理方面，包括地下水質(zhì)的改善、廢水處理以及河川污染等。
在納米光催化技術(shù)領(lǐng)域做得最好的是日本。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將光催化的產(chǎn)業(yè)化列為技術(shù)立國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)光催化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了有力推動(dòng)。日本產(chǎn)、學(xué)、官三方早在2000年就組成了光催化技術(shù)制品技術(shù)協(xié)會(huì)，制定光催化制品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格，以及光催化性能的評(píng)價(jià)試驗(yàn)法的標(biāo)準(zhǔn)化等工作，F(xiàn)已有包括東芝、松下、三菱、日立在內(nèi)的多家日本公司生產(chǎn)出了多種納米光催化的實(shí)用產(chǎn)品。日本與美國(guó)環(huán)保局在光催化產(chǎn)品市場(chǎng)的開發(fā)方面也展開了合作，目的是保持世界領(lǐng)先地位。
深度凈水仍是夢(mèng)想
但在我國(guó)，將納米技術(shù)應(yīng)用于水處理還處于剛剛起步階段。真正意義上的深度凈水對(duì)我們而言還只是一個(gè)夢(mèng)想。
以家用凈水器為例，科技部的最新研究報(bào)告表明，雖然生產(chǎn)廠家多數(shù)在自己的產(chǎn)品前冠以“納米”二字，但大部分只是將這個(gè)詞作為一個(gè)光環(huán)，以大打高科技牌作為一種贏利手段，真正使用納米技術(shù)的并不多。
清華大學(xué)化學(xué)系教授朱永法告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，我國(guó)市場(chǎng)上的凈水器主要使用活性炭吸附的方式；钚蕴恳罪柡筒⒆躺(xì)菌，反而導(dǎo)致水的二次污染。而真正采用納米技術(shù)的凈水器，其凈水能力是普通凈水器的10～20倍。
另外，就納濾技術(shù)而言，我國(guó)對(duì)納濾過(guò)程的理論研究比較早，但對(duì)納濾膜的開發(fā)、生產(chǎn)尚處于初步階段。天津大學(xué)研制的納濾水制備工藝在2003年通過(guò)了專家的鑒定，成為我國(guó)第一條納濾水生產(chǎn)線，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。
但我國(guó)工程實(shí)例方面的報(bào)道屈指可數(shù)。國(guó)內(nèi)首個(gè)見諸報(bào)道的是山東長(zhǎng)島南隍城納濾示范工程，于1997年4月投入生產(chǎn)。
北京排水集團(tuán)研發(fā)部主任甘一萍告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者，目前我國(guó)在水處理工程中主要還是使用傳統(tǒng)技術(shù)，也就是“絮凝——沉淀——過(guò)濾——消毒”的處理工藝，采用納濾技術(shù)的水處理工程還很少，納濾技術(shù)在整個(gè)水處理工藝中所占比例大約只有10%。而納米光催化等新技術(shù)在我國(guó)目前主要還停留在實(shí)驗(yàn)室里，其工程化、產(chǎn)業(yè)化實(shí)例尚未見報(bào)道。
眾所周知，我國(guó)水資源短缺、水質(zhì)污染嚴(yán)重，處理成本逐年攀升。在水處理方面，納米技術(shù)比常規(guī)方法更具優(yōu)越性，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。這樣一種高效、環(huán)保的技術(shù)在國(guó)際上早已被大量用于水處理實(shí)踐，在我國(guó)為什么到目前為止還沒(méi)有獲得應(yīng)有的廣泛運(yùn)用呢？
產(chǎn)業(yè)化任重道遠(yuǎn)
采訪中，專家告訴記者，在我國(guó)，將納米技術(shù)廣泛地應(yīng)用于工程實(shí)踐的條件還不成熟。
以納濾技術(shù)為例。甘一萍告訴記者，雖然在國(guó)際水處理領(lǐng)域，膜技術(shù)已經(jīng)是成熟的技術(shù)，但與之相比，我國(guó)尚有較大的差距。一是高性能商品化的納濾膜的使用壽命仍然受制備工藝的限制，二是我國(guó)缺乏商品化大型納濾膜成套設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)。正因如此，國(guó)家發(fā)改委辦公廳《關(guān)于組織申報(bào)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)2011年環(huán)保重大技術(shù)裝備和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化中央預(yù)算內(nèi)投資備選項(xiàng)目》將高效膜材料列為產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn)項(xiàng)目。
其次是成本方面的問(wèn)題。自來(lái)水行業(yè)的專家指出，即使我國(guó)具備了納濾膜工藝的國(guó)產(chǎn)化能力，以現(xiàn)在的水價(jià)而言，也很難對(duì)自來(lái)水作深度處理。如果我們像很多發(fā)達(dá)國(guó)家那樣，將自來(lái)水深度處理至直接飲用水平，那么絕大多數(shù)自來(lái)水廠要更換廠內(nèi)設(shè)施及引水、送水管道。現(xiàn)有水管的密封程度不足以抵擋二次污染。因此，要想在自來(lái)水行業(yè)推廣運(yùn)用納濾技術(shù)，成本問(wèn)題是關(guān)鍵因素之一，這將不可避免地涉及水價(jià)上調(diào)的問(wèn)題。
第三是高科技成果轉(zhuǎn)化的資金投入問(wèn)題。朱永法表示，現(xiàn)在我國(guó)納米凈水技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化的資金主要來(lái)自國(guó)外企業(yè)，國(guó)內(nèi)資金的投入很不夠。他舉例說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的納米光催化凈水器采用普通過(guò)濾與光催化相結(jié)合的方式對(duì)自來(lái)水進(jìn)行深度凈化，技術(shù)已經(jīng)成熟，但要轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品卻不那么容易，目前很難吸引到資金。投資者對(duì)高科技方面的投資普遍比較謹(jǐn)慎，害怕風(fēng)險(xiǎn)，寧愿將資金投在房地產(chǎn)方面。
“從我國(guó)目前的整體情況來(lái)看，用納米技術(shù)處理水離大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用還有一段距離，產(chǎn)業(yè)化還任重道遠(yuǎn)。”朱永法說(shuō)。
燦爛前景與潛在風(fēng)險(xiǎn)
目前我國(guó)有大量人口的生活依靠污染水源。根據(jù)世界銀行估算，中國(guó)每年需要投資200億美元，才有望實(shí)現(xiàn)城市供水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。外資企業(yè)在過(guò)去五年間共計(jì)向中國(guó)水資源行業(yè)投資約20億美元，相關(guān)工程涵蓋污水處理、城市水供應(yīng)、工業(yè)水供應(yīng)及對(duì)中國(guó)水企業(yè)的直接投資等等。
具體到納米技術(shù)水處理市場(chǎng)，據(jù)中國(guó)工程院權(quán)威專家預(yù)計(jì)，納米光催化材料在中國(guó)每年有100億元的市場(chǎng)容量，其經(jīng)濟(jì)效益在環(huán)境產(chǎn)業(yè)中將占10%。2010年以后，每年平均以13%的增長(zhǎng)速度發(fā)展，預(yù)計(jì)5～10年后的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)能達(dá)到數(shù)百億元。
2011年，中央一號(hào)文件計(jì)劃未來(lái)十年向水污染治理與農(nóng)村水利工程建設(shè)撥付4萬(wàn)億元人民幣。這表明了未來(lái)我國(guó)在水處理領(lǐng)域的投資力度。
這無(wú)疑是極具誘惑力的市場(chǎng)前景。然而，在經(jīng)濟(jì)效益刺激這一技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，另一因素卻在隱約抑制著納米技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化，這就是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)于納米技術(shù)所含風(fēng)險(xiǎn)的爭(zhēng)論。
由于納米材料的顆粒過(guò)于微小，很容易通過(guò)呼吸進(jìn)入人體的內(nèi)部器官。其高度的表面活性也可能使其對(duì)生物體的作用和效應(yīng)大大增強(qiáng)。
國(guó)家納米科學(xué)中心副主任趙宇亮告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》，目前在世界范圍內(nèi)，納米產(chǎn)品安全性評(píng)估方法以及安全性認(rèn)證體系還處在建立過(guò)程中。由于相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)還不足，人們對(duì)納米技術(shù)與納米材料的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題尚缺乏客觀科學(xué)的認(rèn)識(shí)，造成了對(duì)其廣泛應(yīng)用的顧慮。納米安全性研究的主要目標(biāo)之一，就是指導(dǎo)納米技術(shù)和納米產(chǎn)品的安全應(yīng)用，使消費(fèi)者放心使用。
在國(guó)際上，納米生物效應(yīng)與安全的大規(guī)模研究始自2003年以后，至今不到十年時(shí)間。美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家目前初步建立了關(guān)于納米生物效應(yīng)與安全的研究體系，并在納米材料的人體健康、環(huán)境健康、生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)、國(guó)家安全等方面開展重點(diǎn)研究。
在國(guó)內(nèi)，中科院國(guó)家納米科學(xué)中心與高能物理所在2006年6月聯(lián)合成立了“納米生物效應(yīng)與安全性實(shí)驗(yàn)室”，這是我國(guó)納米生物效應(yīng)與安全性研究進(jìn)入系統(tǒng)化、規(guī)；芯康囊粋(gè)標(biāo)志。今年3月5日，以趙宇亮為首席科學(xué)家的國(guó)家“973”項(xiàng)目“重要納米材料的生物效應(yīng)機(jī)制與安全性評(píng)價(jià)研究”正式啟動(dòng)。
趙宇亮認(rèn)為，對(duì)納米材料安全性的研究正在催生一些新的技術(shù)，不僅使人們對(duì)納米顆粒的快速檢測(cè)和分析更為可靠，同時(shí)也加速了納米材料的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究進(jìn)程。“我國(guó)職能部門也需要盡快在學(xué)術(shù)界研究成果的基礎(chǔ)上，制定國(guó)家認(rèn)可的安全標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)技術(shù)和分析方法，建立切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避機(jī)制，更好地推動(dòng)我國(guó)納米技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。”
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