隨著電商的普及，日常生活中我們越來越離不開快遞和外賣，過度包裝產(chǎn)生的廢紙箱已經(jīng)成為環(huán)境污染的隱患。中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物與農(nóng)業(yè)工程所研究員吳正巖注意到了這一點(diǎn)。

最近，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)把廢紙箱中的纖維素轉(zhuǎn)化為微米碳球，與納米鐵形成一種新材料，實(shí)現(xiàn)了水體中六價(jià)鉻的污染修復(fù)。美國化學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)期刊《朗繆爾》日前發(fā)表了這項(xiàng)成果。

廢紙箱的靈感

“先生，您的快遞到了!”生活在電商無孔不入的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)社會(huì)中，智能手機(jī)用戶不可避免地成為“網(wǎng)購愛好者”，吳正巖也不例外。盡管他常常驚訝于商品的精美包裝，但拆開后還是將包裝箱扔進(jìn)了垃圾箱。

“廢紙箱不僅造成了資源浪費(fèi)，還導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。”環(huán)境研究的職業(yè)敏感性讓吳正巖注意到這個(gè)問題。他開始思考如何對廢紙箱進(jìn)行循環(huán)利用。

吳正巖長期致力于水體重金屬污染的治理。他告訴記者，大量未經(jīng)處理的污染物不斷排入水中，使水體中的重金屬含量急劇升高。

其中，六價(jià)鉻是一種常見的重金屬離子。用含鉻廢水灌溉農(nóng)田，鉻離子在土壤里積累，會(huì)導(dǎo)致作物中鉻超標(biāo)。長期食用受鉻污染的水與食物會(huì)引起流鼻涕、打噴嚏、瘙癢、鼻出血、潰瘍和鼻中隔穿，甚至有致癌危險(xiǎn)。

“我們發(fā)現(xiàn)，納米鐵對六價(jià)鉻具有還原性，而廢紙箱的成分可以給納米鐵提供一個(gè)很好的載體環(huán)境。”吳正巖說，如果能將這些紙箱變廢為寶，應(yīng)用在水污染治理上，將會(huì)起到雙重環(huán)保作用。

分散納米鐵的碳球

“廢紙箱主要成分為木質(zhì)素和纖維素。我們首先將木質(zhì)素去除，然后利用水熱處理將余下的纖維素轉(zhuǎn)化為微米碳球。”吳正巖介紹，纖維素的主要成分是碳，在高溫高壓下它會(huì)自動(dòng)形成碳球。這項(xiàng)常規(guī)的處理手段是技術(shù)的關(guān)鍵之一。

技術(shù)的另一關(guān)鍵在于分散納米鐵。零價(jià)納米鐵具有粒徑小、比表面積大、還原性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在鉻、鉛、鎘等重金屬元素去除上有顯著效果。

納米鐵本身容易團(tuán)聚，從而對鉻的還原效率造成影響。而使用微米碳球作為載體，可提高納米鐵分散性，將鉻快速從六價(jià)還原成三價(jià)，降低其毒性。

“我們用廢紙箱的成分制作出碳球，為納米鐵提供了便捷的載吸材料。”吳正巖說。研究以紫外分光光度計(jì)來表征鉻的去除率，目前去除率可達(dá)80%。

水熱處理是降低成本的關(guān)鍵

近年來，含鉻化合物被廣泛應(yīng)用于金屬加工、電鍍、制革等產(chǎn)業(yè)。記者發(fā)現(xiàn)，尤其在電塑廠、皮革廠排放的污水里，鉻離子含量巨大，導(dǎo)致部分城市的飲用水質(zhì)出現(xiàn)了致癌致畸致突變的污染指標(biāo)。

“這些水其實(shí)人是無法飲用的。即使放到污水處理廠，處理也是相當(dāng)困難。”吳正巖表示，該項(xiàng)技術(shù)可在污水排放到下水道之前，就用材料有效地去除鉻，大大減少鉻污染水源的危險(xiǎn)性。

不過，該技術(shù)需要用到水熱處理，成本較高，是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。目前，研究團(tuán)隊(duì)正在致力于開發(fā)低成本的方法，促進(jìn)該成果的產(chǎn)業(yè)化。