环境样品重金属分析中纳米材料的运用

【摘 要】本文首先对我国重金属污染的现状进行了概述，然后介绍了重金属污染的来源及危害。针对不同来源的重金属，可通过不同的纳米材料（碳纳米管、纳米传感器、纳米气溶胶）对环境样品中的重金属进行检测。

【关键词】重金属；纳米材料；传感器；气溶胶

在过去的一段较长时间内，我国的一些企业只顾着一味地追求经济利益最大化，却忽视了其发展过程中对环境造成的负面影响，形成了“以环境换发展”的发展模式。有许多细小的伤害是我们用肉眼无法发现的，如重金属对我们身体的伤害，长年累月的积存，才能检测出重金属离子的存在，等到发现时时却为时已晚。

谈及目前科学研究的热点，我们首先想到的就是纳米材料，相对应的纳米技术亦一直走在科技的前列。由于纳米具有特殊结构，因此人们将其制备成纳米管、纳米传感器、纳米薄膜等应用与各种领域。所制备的纳米材料的比表面积大、吸附性能强，因此被应用于环境保护事业，并为其做出了卓绝的贡献。

1 重金属污染现状在国内的表现

2 重金属污染源及对人类生活的危害

重金属一般以及其微量的浓度存在于我们所生活的自然界中，但由于人们的过度开采、冶炼等活动日益增多，造成了重金属进入大气、水、土壤等环境介质中，富集在植物或动物体内，对人类健康造成严重威胁。重金属来源广泛，可以通过多种途径进入环境介质，再通过和人体的皮肤接触、呼吸等途径进入我们的身体，还会富集在各种环境中的植物内，最终进入我们的身体，对我们的身体带来了极大的伤害。现如今，重金属的来源主要分为三个方面：自然来源、农业污染源和工业污染源。

2.1 水中的重金属

水体中的重金属来源广泛，有自然状态下进入水体的，比如说岩石风化、降雨侵蚀等，会给水体带来一定的重金属，然而这一般不会对水体造成污染。从对人体健康的角度对水体中金属元素进行分类：其一是人体健康必需的常量元素，如钠、钾、钙、镁和微量元素等；其二是对人体健康影响非常严重的金属元素，如铅、镉、汞、砷等，它们对人体的健康甚至生命有着极其严重的危害。

2.2 固体污染物中的重金属

重金属进入土壤的途径有很多，有大气沉降、农业污水灌溉、化肥的使用、工业废水废渣和生活垃圾。重金属污染会控制土壤微生物群落量的多少、降低土壤微生物量并，在植物系统中迁移，会对植物的产量和质量有一定的影响，使植物的生长受到破坏，严重时造成植物死亡。

2.3 气体中的重金属

大气中重金属污染情况复杂，包含多种来源和途径，例如工厂制造产品、汽车的尾气排放等。由于接触面积大以及接触范围广，因此重金属大气污染对环境生态系统的影响最大。例如，大气中的铁离子和锰离子催化氧化酸性气体二氧化硫，使得大，气中的强酸性物质浓度增加。大气中的重金属污染可以造成植物叶片中重金属的富集，但重金属污染物超过一定阈值就会导致植物毒害或死亡。

3 重金属样品分析中的纳米技术

离子交换作用是碳纳米管吸附重金属离子的先决条件，其表面的官能团或配合物也起到重要的作用。在修饰碳纳米管时，可以引入大量羟基、羧基、羰基等官能团，使之与重金属离子表面发生配位作用，提高吸附量，或者展开碳纳米管两端和管壁上的五元环及七元环结构缺陷，增大碳纳米管的开口率和比表面积，提高分散性，吸附量随之增加。有研究者用酸洗多壁碳纳米管对镍离子进行吸附。结果表明：当镍离子的浓度为0.2mg/L时，经HNO3氧化✎过的碳纳米管对镍离子的吸附量可达75mg/g。这主要是由于经HNO3氧化过的碳纳米管，不仅比表面积比原来增大了，而且表面引入了许多含氧官能团，从而其离子交换的能力增强。

很久以前人们就懂得了，固体、液体或固液混合物在高热作用下会发发。经过科学家们的反复试验，最终研制成了人½工合成的发光化合物鲁米诺的化学发光行为。随着科技的发展，人们已经将这种化学发光法应用于光导纳米纤维传感器上，可以更容易地检测到重金属离子，并大大降低了检测线。卢建忠、章竹君发展了一种全固态模式的消耗型锰离子化学发光传感器，可以将一定量的化学发光试剂从固定化试剂上洗脱，应用于水样中痕量锰离子的测定（表1）。

碳气凝胶，是一种轻质、多孔、纳米级非晶碳材料，由于其较大的比表面积大，优良的导电性以及较优异的机械性能，很适合作电极材料。大的比表面积导致了碳气凝胶的孔隙量也很大，内部大部分存在的都是空气，使其像一种“凝固了的烟”。有人有碳气凝胶制备了一种电极，想要去除水溶液中的重金属离子，结果证明，£该装置对氯、铬、铵、镉、铅、锰、铀等离子都有很好的去除效果。2007年，美国阿贡国家实验室的Santanu ☺Bag等人又合成了一种多孔硫气凝胶。这种多孔凝胶物质的比表面为327m2/g且具有很宽的孔径分布。由此可见，此凝胶物质非常适合作为重金属离子的吸附剂。

4 结论

面对生活中日益严重的重金属污染，我们必须要有所重视。随着纳米技术的发展，一定会出现更多更方便的方法，来迅速检测出环境中的重金属离子，并对其进行有效去除。

参考文献：

[2]王学松.膜分离技术及其应用[M].科学出版社，1994.

[3]卢建忠，章竹君.化学发光消耗型锰传感器[J].高等学校化学学报，1995，07：1034-1036.

[4]刘玉荣.介孔碳材料的合成及应用[M].国防工业出版社，2012.