科學家利用廢紙箱研制出新型重金屬修復劑

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，過度包裝產生的廢紙箱已經成為環境污染的隱患。中科院合肥物質科學研究院技術生物與農業工程所研究員吳正巖注意到了這一點。

最近，他帶領團隊把廢紙箱中的纖維素轉化為微米碳球，與納米鐵形成一種新材料，實現了水體中六價鉻的污染修復。美國化學會學術期刊《朗繆爾》日前發表了這項成果。

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互聯網社會中，智能手機用戶不可避免地成為“網購愛好者”，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了垃圾箱。

“廢紙箱不僅造成了資源浪費，還導致嚴重的環境污染。”環境研究的職業敏感性讓吳正巖注意到這個問題。他開始思考如何對廢紙箱進行循環利用。

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

“我們發現，納米鐵對六價鉻具有還原性，而廢紙箱的成分可以給納米鐵提供一個很好的載體環境。”吳正巖說，如果能將這些紙箱變廢為寶，應用在水污染治理上，將會起到雙重環保作用。

分散納米鐵的碳球

“廢紙箱主要成分為木質素和纖維素。我們首先將木質素去除，然后利用水熱處理將余下的纖維素轉化為微米碳球。”吳正巖介紹，纖維素的主要成分是碳，在高溫高壓下它會自動形成碳球。這項常規的處理手段是技術的關鍵之一。

技術的另一關鍵在于分散納米鐵。零價納米鐵具有粒徑小、比表面積大、還原性強等優點，將其應用在鉻、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，將鉻快速從六價還原成三價，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來表征鉻的去除率，目前去除率可達80%。

水熱處理是降低成本的關鍵

近年來，含鉻化合物被廣泛應用于金屬加工、電鍍、制革等產業。記者發現，尤其在電塑廠、皮革廠排放的污水里，鉻離子含量巨大，導致部分城市的飲用水質出現了致癌致畸致突變的污染指標。

“這些水其實人是無法飲用的。即使放到污水處理廠，處理也是相當困難。”吳正巖表示，該項技術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性。

不過，該技術需要用到水熱處理，成本較高，是產業化應用的關鍵瓶頸。目前，研究團隊正在致力于開發低成本的方法，促進該成果的產業化。