瑞士團隊研發磁性納米催化劑分解頑固污染物

　　微污染物是水處理界的一個新興問題，它給我們的水體造成了不少的負擔，要將它們從污水中移除更是需要很多技術資源。對此，顯然我們不能坐以待斃。瑞士和德國是這方面的探路先鋒，此前我們就曾報道過德國巴登-符騰堡州（Baden-Württemberg）對地方污水廠的微污染物去除項目給予資助。而最近。最近， 蘇黎世聯邦理工學院ETH的研究員聲稱開發了一種新的方法，可以有效地去除這些“麻煩制造者”。他們的報告發表在材料科學領域的著名期刊《Advanced Materials》上。

　　磁性納米粒子助力去除微污染物

　　要解決微污染物的問題，首先要弄清這些污染物的源頭。其實它們就來自我們的日常生活使用的各種化學物質，例如化妝品、藥品、避孕藥，肥料和洗滌劑等。這些東西一方面讓我們的生活變得更便利，一方面卻也對我們的環境造成負面影響，因為當今城市污水處理廠的一般工藝很難將它們徹底去除，因此它們最終又回到環境中，給我們水體中的動植物都造成負擔。

　　瑞士是世界上第一個實行新興污染物點源控制的國家。早在2014年，瑞士國會就批準對新的水保護法案進行修訂（Swiss Water Protection Act），對污水廠出水中微污染物的排放濃度設定限值，并要求部分污水廠進行改造，增加深度處理工藝，以12種指示污染物的去除率作為評判標準，且去除率不低于80%。他們的目標是在2040年前，對全瑞士約650座污水廠中的100座進行升級改造。

　　雖然得到瑞士政府在資金上的保障，但參與這個項目的污水廠的運行管理者依然面臨著自己的挑戰，主要問題是目前去除這些污染物的工藝其實比較復雜，而且選擇不多，無非是臭氧、活性炭和光催化等。

　　納米粒子助力降解

　　最近，ETH機器人和智能系統學院的研究員表示他們研發了一種更“優雅”的方法，來更輕松地去除這些物質。使用多鐵納米顆粒，他們成功地誘使受污水中的化學殘留物的分解。 他們具體研究的材料是鈷鐵氧體-鉍鐵氧體（Cobalt ferrite–bismuth ferrite ，簡稱CFO–BFO），這些納米顆粒并不直接參與化學反應，而是充當催化劑，加速物質轉化成無害化合物。

　　“其實這些納米粒子已經作為催化劑用于許多工業領域的化學反應中了，我們的研究如今成功證明它也可以用于污水處理。”Salvador Pané博士解釋說。他是ETH的多尺度機器人實驗室（MSRL）的高級研究員，在這個研究項目的推進上他扮演著關鍵角色。

研究員選用紡織行業使用的各種有機顏料作為實驗對象，左右兩圖是處理前后的效果對比。|圖源: ETH / F. Mushtaq

　　80%去除率

　　在實驗里，研究人員使用五種常用藥物作為考察對象，以極少的劑量配成水溶液。結果顯示，納米顆粒可以將這些物質在水中的濃度降低至少80％。對于這個結果的重要性，本文的第一作者Fajer Mushtaq女士(在讀博士)在接受采訪時補充道：“這些物質里有兩種是傳統臭氧工藝無法去除的化合物。”

　　“更重要的是，我們能夠利用磁場精確調整納米粒子的催化輸出，”參與這個項目的另一位研究員陳相仲博士解釋說。陳博士是MSRL實驗室的一名博士后。

　　這些顆粒以鈷鐵氧體為核，然后被鉍鐵氧體作殼包圍。當對它施加外部交變磁場的時候，顆粒表面的一些區域會形成正電荷，而其他區域則帶負電荷。這些電荷導致水中形成活性氧物質，最終將有機污染物分解成無害化合物。 據陳博士介紹，通過磁場這些磁性納米粒子自身也可以很容易地從水中移除。

　　市場反響

　　研究團隊還挺看好他們研發的磁性催化法的前景的，因為他們覺得它的使用比臭氧工藝更為容易。Pané則透露污水界的人他們的研究成果非常感興趣。

　　但這些研究還處于實驗室水平，要真正投入工程應用還有好一段路要走。可喜的是，據Mushtaq女士介紹，瑞士國家科學基金會(SNSF)和科技創新署(Innosuisse)已經同意撥款資助他們的一個過渡性項目，來支持他們將這項技術轉化成實際應用。另外，他們也計劃成立一家項目子公司（spin-off），來讓他們的成果更好地和市場需求相匹配。