痕量污染物广泛存在于环境中,虽然其浓度低,但所带来的健康风险不容忽视。如,痕量放射性污染物具有极高毒性和致癌性,如何将其安全去除成为一项重大挑战。

有研究发现,新型表面改性赤铁矿纳米粒子可与60Co2+形成强表面复合物,将其用于去除水溶液中放射性核素钴-60,去除率可达82.14%。采用经磷酸酯官能化的超顺磁性氧化铁(PO)x-Fe3O4〕纳米颗粒去除溶液中的放射性核素铀(U),结果表明,在pH=7的条件下,接触60 s后,U(Ⅵ)100%从水中除去,表现出良好的选择性和高效吸附性能。

此外,采用非均相成核技术制备的具有核-壳结构的磁性纳米颗粒MNP赤铁矿,可有效去除工业废水中的非金属硒。由于MNP赤铁矿带正电荷,可吸引带负电荷的Se(Ⅳ)(HSeO3-, SeO32-),吸附过程中赤铁矿表面的羟基会与HSeO3-的羟基脱水形成复合物。5个循环重复实验中,Se(Ⅳ)去除率均保持在97%以上。有研究采用磁化粉末活性炭去除农业、医药等行业废水中的抗生素头孢曲松,结果表明,去除率可达97.18%,经6次循环再生,吸附效率损失< 10%。通过在铜铁氧体(CuFe2O4)纳米纤维上负载CeO2制备的CeO2/CuFe2O4纳米纤维复合物在π-π相互作用和疏水作用下,可有效去除水中激素双酚A(BPA)和17-α炔雌醇(EE2)。上述吸附剂不仅能有效去除痕量有机物,且均具有良好的固液分离能力和再生性。

与重金属和有机污染物相比,痕量污染物在环境中的危害性不容小觑。然而,应用磁性纳米材料去除非金属痕量污染物的研究尚少。

3 总结与展望

相比于传统吸附材料,磁性纳米吸附剂可有效提高污染物的去除效率,同时还具有易于分离和可再生性高的优点,应用前景巨大。但是,在生产、使用、分离过程中,磁性纳米吸附剂不可避免地会通过各种途径滞留在环境中。其进入生物体内会影响细胞、蛋白质的活性,使细胞分裂受损,甚至会导致细胞死亡。一些纳米材料可能具有基因毒性,可直接或间接使DNA发生突变等。目前有关磁性纳米吸附剂在生态毒性和暴露风险方面的研究远远不够,对于磁性纳米颗粒在环境中的迁移转化过程以及测试方法等有待进一步研究明确。因此,对进一步研究提出如下展望:

(1)磁性纳米吸附剂及其复合物具有纳米尺寸,若不能高效固液分离,将会通过水循环进入食物链,富集在生物体中,终危害人体健康。因此,重视磁性纳米粒子的毒性效应和高效重复使用性是未来的重要研究方向。

(2)未经修饰的磁性纳米粒子具有分散性差、易团聚等缺点,在吸附效果和选择性上受到一定限制,进一步优化磁性纳米吸附剂的性能成为今后的研究重点。目前,对于磁性纳米吸附剂的研究大多数局限于实验室内,若将其大规模生产并用于实际工业废水处理中,还需要进一步综合评估其可行性以及经济效益。

(3)大量研究指出,磁性纳米吸附剂具有再生性,可重复用于工业废水处理中。但是少有研究对再生后的吸附剂进行深度表征,并给出相应的优化、调整方案,以增长吸附剂的使用寿命和维持一定的吸附性能。