生活垃圾要分類回收，納米材料也要？_風聞

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現如今，全國上下正在如火如荼地開展垃圾分類回收工作。還在因為幹垃圾濕垃圾而暈頭轉向的你知道嗎，除了我們的日用生活垃圾，高科技的納米材料也需要進行分類回收。

圖1 垃圾分類（Pixabay）

納米材料是現如今最熱門的新興材料。它理化性質優異、可宏量製備，商業化應用也受到了越來越多的關注。近年來，曾經神秘的納米材料，逐漸進入到我們生活的方方面面：防曬霜、化妝品、防水紡織品、鋰離子電池、玻璃圖層、網球拍……

微小尺寸的納米材料，因其特殊的物理及化學性質帶來便利的同時，與人類健康、環境和安全相關的潛在風險也隨之而來。例如，某些納米材料可能繞過重要生物保護機制（如血腦屏障），或在進入環境後對生態系統造成破壞。因此，對於納米材料污染物的回收處理顯得尤為重要。

常用的納米材料回收方法主要有納米催化劑的磁回收、利用不良溶劑對納米材料進行回收、通過吸附載體對納米材料進行回收等。通過這些方法可以實現對高價值、資源受限以及高毒性納米材料的有效回收和再利用。然而，上述回收策略通常只涉及廢棄納米材料的回收，忽略了對納米材料製備過程中產生的材料損耗和廢棄產物的回收處理。納米材料通常是由價格高昂的試劑以及原材料製備而來，如果將這些廢棄產物處理掉，會大大增加生產成本以及環境危害。如何回收再利用納米材料合成後的廢棄產物，對於降低成本和減少環境污染具有非常重要的意義。

圖2 回收再利用對於納米材料綠色和可持續發展合成策略的重要性

納米材料的化學合成過程中會產生的多種廢棄產物主要包括：

（1）納米材料產率低而生產副產物造成的反應原料浪費（下圖A）；

（2）化學反應介質浪費（下圖B）；

（3）模板反應中模板浪費（下圖C）。

圖3 納米材料化學合成過程中產生的廢棄產物示意圖

根據廢棄產物的不同種類，納米材料化學合成過程中產生的廢棄產物回收有以下步驟：

1.首先，利用離心、沉澱、過濾和蒸發等方法將溶液與固體反應產物進行分離；

2. 隨後，通過沉澱和化學轉化反應，包括離子反應沉澱法、酸-鹼沉澱法以及氧化還原反應等，將溶液中的溶劑和離子進行分離；

3. 進一步，採用蒸餾、分餾、再結晶以及萃取等方法將溶質和化學元素進行分離。

通過以上步驟，便可以像日常生活垃圾分類一樣，對納米材料合成過程中產生的廢棄產物進行分類回收和再利用了。

圖4 納米材料化學合成過程中廢棄產物回收策略總結

此外，納米材料的綠色可持續製備不只限於化學合成，還包括物理合成以及納米材料的分離和提純等。例如金屬性碳納米管和半導體性碳納米管的分離，需要經過選擇性的聚合物包覆之後，通過離心沉降後才能有效分離。一般此類聚合物價格昂貴，通過將該類聚合物進行回收再利用就可以有效降低金屬性或者半導體性碳納米管的提純成本。

中國科學技術大學俞書宏課題組通過設計合理的化學和物理回收策略，成功對碲和銀納米晶模板反應制備多種功能納米材料時產生的碲和銀廢棄離子進行了有效回收，並利用其製備了高質量的碲和銀納米線。對於各類模板反應，大部分的碲和銀元素都得到了回收再利用。通過該過程，高效地回收了過去被隨意丟棄的有毒元素碲和貴金屬元素銀，大大降低了以此為模板製備多種功能納米材料的成本和對環境所造成的危害，相關科研成果分別發表在了國際期刊《歐洲化學》（Chemistry-A European Journal, 2015）和《中國科學:材料》 （Science China Materials, 2016）上。

圖5 回收碲和銀納米模板反應中的碲和銀元素製備碲和銀納米線

該課題組結合近年來的研究進展，對回收和再利用納米材料合成過程中產生的有價值元素進行了總結和展望，強調了回收再利用對於納米材料的綠色可持續發展合成策略的重要性。該觀點對於納米材料的宏量製備和商業應用具有重要的指導意義，該觀點透視論文發表在了最新一期國際期刊《ACS：材料快報》（ACS Materials Letters, 2019, 1, 5, 541-548）。論文鏈接：DOI: 10.1021/acsmaterialslett.9b00283

**來源：**中國科學技術大學