2017年8月18日— 世界面临的环境问题清单可能很长，但一些解决这些问题的策略却非常微小。纳米材料最初被探索用于显微镜和计算机应用，这些材料由比人类头发丝的厚度小成千上万倍的单元组成，正在成为应对地球福祉威胁的有用工具。
全球科学家正在开发纳米材料，这些材料可以有效地利用空气中的二氧化碳，捕获水中的有毒污染物，并将固体废物降解为有用的产品。
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印度理工学院古瓦哈提分校纳米技术中心化学系成员 Arun Chattopadhyay 表示：“纳米材料可以帮助我们减轻污染。它们是高效的催化剂，并且大部分可回收。现在，它们必须在商业化方面变得经济可行，并且更好地完全取代当前的技术。”
收集CO2
为了帮助减缓大气中二氧化碳水平因气候变化而上升的速度，研究人员开发了纳米CO2 收集器，它可以吸收大气中的二氧化碳并将其用于工业用途。
Chattopadhyay 表示：“纳米材料可以将二氧化碳转化为酒精等有用的产品。这些材料可以是简单的化学催化剂，也可以是光化学性质的，可以在阳光下工作。”Chattopadhyay 已经使用纳米材料处理环境污染物十多年了。
许多研究小组正在努力解决一个问题，如果这个问题得到解决，可能会成为应对气候变化的圣杯：如何从大气中提取CO2 并将其转化为有用的产品。 Chattopadhyay 并非孤军奋战。许多研究小组正在努力解决一个问题，如果这个问题得到解决，可能会成为应对气候变化的圣杯：如何从大气中提取CO2 并将其转化为有用的产品。纳米颗粒为此提供了一种有前景的方法，因为它们具有大的表面积与体积比，可以与CO2 相互作用，并且具有促进CO2转化为其他物质的特性。挑战在于使其在经济上可行。研究人员已经尝试了从金属到碳基纳米颗粒的所有方法来降低成本，但到目前为止，它们还没有变得足够高效，无法进行工业规模的应用。
该领域最近的进展之一是CSIR-印度石油研究所和法国里尔科技大学的科学家们的工作。研究人员开发了一种纳米CO2 收集器，它利用水和阳光将大气中的CO2 转化为甲醇，甲醇可用作发动机燃料、溶剂、防冻剂和乙醇的稀释剂。这种材料通过在氧化铜锌和磁铁矿球体周围包裹一层改性氧化石墨烯制成，看起来像一个微型高尔夫球，比传统催化剂更有效地捕获CO2，并且可以很容易地重复使用，这是印度石油研究所（位于印度代拉敦）高级科学家 Suman Jain 的说法，他是纳米CO2收集器的开发者。
Jain 表示，纳米CO2 收集器具有较大的分子表面积，并且比具有相似表面积的传统催化剂捕获更多的CO2，这使得转化效率更高。但是，由于纳米颗粒尺寸很小，它们有结块的趋势，导致长时间使用后失去活性。Jain 补充说，合成有用的基于纳米颗粒的材料也具有挑战性，因为很难使颗粒尺寸保持一致。Chattopadhyay 表示，此类材料的效率可以进一步提高，为未来有用的应用提供了希望。
净化水
纺织和皮革工业中使用的大多数有毒染料都可以用纳米颗粒捕获。Chattopadhyay 说：“如果这些行业的废水未经处理，来自人类产生的废物（如制革厂的废物）中的染料等水污染物可能会进入深井或地下水等自然水源。“这个问题相当难以解决。”
由波兰华沙大学教授 Elzbieta Megiel 领导的一个国际研究小组报告称，纳米材料已被广泛研究用于去除废水中的重金属和染料。研究团队认为，使用含有磁性纳米颗粒的材料进行的吸附过程非常有效且易于实施，因为此类纳米颗粒表面有大量可以捕获污染物的位点，并且不易在水中降解。
Chattopadhyay 补充说，适当设计的磁性纳米材料可用于从水中分离砷、铅、铬和汞等污染物。然而，基于纳米技术的方法必须比传统的水净化技术更有效，才具有实际价值。
除了去除染料和金属外，纳米材料还可以用于清理溢油。由德克萨斯州休斯顿莱斯大学的 Pulickel Ajayan 领导的研究人员开发了一种可重复使用的纳米海绵，可以从受污染的海水中去除石油。
这项技术显示出前景，但尚未准备好投入实际应用。
印度旁遮普邦莫哈里纳米科学技术研究所所长 Ashok Ganguli 说：“虽然纳米海绵是一种处理溢油的好材料，但这些结果仅限于实验室。“如果要从蔓延数英里的海水中去除石油，则需要大规模合成。” 尽管科学家们尚未成功合成出足够大规模的纳米材料来清理溢油以进行实际应用，但 Chattopadhyay 表示，“通过更多的研究和行业合作，这可能会成为可能。”
加速消化
纳米材料应用的另一个探索领域是管理有机废物，如果不妥善处理，有机废物可能会污染土地和水。Debjyoti Sahu 是印度卡纳塔克邦 Amrita Vishwa Vidyapeetham 的工程学教授，他说：“农场和食品工业产生大量的可生物降解废物，我们必须找到有效管理这些废物的方法。”
处理可生物降解废物最古老的方法之一是将其倾倒入称为消化器的罐中。这些罐中充满了厌氧微生物，它们消耗这些物质，将其转化为沼气燃料和可用作肥料的固体。但是厌氧消化过程缓慢。
最近的研究表明，与未添加金属氧化物纳米颗粒的消化器相比，在食物垃圾消化器中添加金属氧化物纳米颗粒使产生的沼气燃料量增加了一倍。印度莫哈里纳米科学技术研究所的科学家 Kamalakannan Kailasam 说：“纳米颗粒可以加速污泥的厌氧消化，从而在持续时间和沼气产量提高方面使其效率更高。”
最近的研究表明，与未添加金属氧化物纳米颗粒的消化器相比，在食物垃圾消化器中添加金属氧化物纳米颗粒使产生的沼气燃料量增加了一倍。
Sahu 说：“氧化铁纳米颗粒是无毒的，应该添加到污泥废物中以提高其降解速度。”
安全第一
虽然纳米颗粒有潜力解决环境问题，但使其在环境清理中有用的小尺寸也引起了人们对健康和在环境中持久性的特别关注。
Chattopadhyay 说：“使用纳米材料的长期影响尚未评估。”
美国国家环境健康科学研究所和其他机构正在资助研究以评估工程纳米颗粒对健康和环境的潜在影响。研究人员还在创建模型来预测纳米材料在环境中的迁移和归宿，以及它们对人类的潜在影响。如果能够充分解决已提出的担忧，纳米材料可能在帮助我们应对未来几年的环境挑战方面发挥重要作用。