图片:在激光诱导的土壤去污(上图)过程中,使用激光生成规则图案(B和C)来切割土壤区域。 红外图像(D)示出沿着激光运动轨迹的温度分布。 (图片来源:AIP出版社)
据“应用物理学报”报道,波士顿东北大学的研究人员很可能发现了一种新升级的激光分解来把土壤中的毒素和污染物去除的方法。通过直接分解污染物的方法,高功率激光器可能比传统技术更经济也更高效。
东北大学(美国)的化学工程系的副教授苏明(音)说:“相比激光,其他方式不是太烧钱、用人工多而且效率低下,就是耗时太长”。跟他带的两个研究所郑文君和侯世超(音)一起,苏明展示了这样的一套激光系统是怎么有效的。激光最大的两个优势,苏明说,在于激光可以现场对土壤里的污染进行净化。许多传统的方式需要把土壤挖出来,运到别的地方进行净化,再运回原处,这种方式既花钱又浪费时间。
这些方式在净化土壤的方法方面也有缺陷,其中一个最主流的方式是用水或有机溶剂冲洗掉土壤中的污染物,但清洗的方法通常不能根除污染,只能稀释土壤中的污染。即便土壤被完全清洗干净了,如何处理用于清洗土壤的而被污染的水又是另一个问题。而有机溶剂本身就具有对人体有害的物质,用来净化土壤会产生次级污染的副作用。
有一些方法可以就地净化,然而它们也有自身的局限性。土壤蒸汽抽取法,通过把空气灌注进土地里从而祛除挥发性的有机化合物,只能在可渗透或质均的土壤中使用。另外一个就是生物净化,用植物或者微生物分解土壤中的污染物,这种过程非常缓慢,并且只能在一些特定的污染浓度的土壤中进行。
然而激光就不同了,激光可以污染现场完完全全地分解污染物。苏教授说:“除了激光没有任何一种方式能够那么高效”。
为了证明这个新方法是可行的,研究人员在用多孔硅做的模拟土壤上做测试。研究人员用一种叫DDE的致癌化学品污染了他们的仿真土壤,DDE是一种叫做DDT的杀虫剂的衍生品,DDT在美国于1972就被禁止使用了。DDE的分子在紫外线下会发出荧光,这使得他们很容易被探测出来。
几乎在高功率红外激光照在污染的人造土壤后的一瞬间,土壤中的荧光消失了,消失的荧光表明了土壤中的DDE已经消失了。
为了去除有害物质,激光局部加热污染部分,温度达到几千摄氏度。高温很有效地分解了污染物中的化学键,把DDE分裂成更小的,危害性更小的分子,比如二氧化碳和水。
原理上,激光应该可以作用于从有机化合物到金属的所有种类的污染物。但是首先,苏明说道,研究人员必须用别的污染物做实验。未来的研究也需要涉及更多仔细的分析来证明事实上是不是所有的污染物都可以迅速有效地分解以符合标准。
苏明设想最终可以让一个多重激光器系统搭载在卡车后边。通过穿过土壤的光纤电缆引导的激光可能可以耦合成一个的使土壤松弛的“犁”,从而更好地将土壤暴露于激光之下。
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