激光是凈化污染土壤的最優選擇

來源:激光制造網    關鍵詞:激光, 激光技術, 紅外激光器, 紫外激光器,    發布時間:2017-09-05

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圖片:在激光誘導的土壤去污(上圖)過程中,使用激光生成規則圖案(BC)來切割土壤區域。 紅外圖像(D)示出沿著激光運動軌跡的溫度分布。 (圖片來源:AIP出版社)

據“應用物理學報”報道,波士頓東北大學的研究人員很可能發現了一種新升級的激光分解來把土壤中的毒素和污染物去除的方法。通過直接分解污染物的方法,高功率激光器可能比傳統技術更經濟也更高效。

東北大學(美國)的化學工程系的副教授蘇明(音)說:“相比激光,其他方式不是太燒錢、用人工多而且效率低下,就是耗時太長”。跟他帶的兩個研究所鄭文君和侯世超(音)一起,蘇明展示了這樣的一套激光系統是怎么有效的。激光最大的兩個優勢,蘇明說,在于激光可以現場對土壤里的污染進行凈化。許多傳統的方式需要把土壤挖出來,運到別的地方進行凈化,再運回原處,這種方式既花錢又浪費時間。


這些方式在凈化土壤的方法方面也有缺陷,其中一個最主流的方式是用水或有機溶劑沖洗掉土壤中的污染物,但清洗的方法通常不能根除污染,只能稀釋土壤中的污染。即便土壤被完全清洗干凈了,如何處理用于清洗土壤的而被污染的水又是另一個問題。而有機溶劑本身就具有對人體有害的物質,用來凈化土壤會產生次級污染的副作用。

有一些方法可以就地凈化,然而它們也有自身的局限性。土壤蒸汽抽取法,通過把空氣灌注進土地里從而祛除揮發性的有機化合物,只能在可滲透或質均的土壤中使用。另外一個就是生物凈化,用植物或者微生物分解土壤中的污染物,這種過程非常緩慢,并且只能在一些特定的污染濃度的土壤中進行。


然而激光就不同了,激光可以污染現場完完全全地分解污染物。蘇教授說:“除了激光沒有任何一種方式能夠那么高效”。

 

為了證明這個新方法是可行的,研究人員在用多孔硅做的模擬土壤上做測試。研究人員用一種叫DDE的致癌化學品污染了他們的仿真土壤,DDE是一種叫做DDT的殺蟲劑的衍生品,DDT在美國于1972就被禁止使用了。DDE的分子在紫外線下會發出熒光,這使得他們很容易被探測出來。

幾乎在高功率紅外激光照在污染的人造土壤后的一瞬間,土壤中的熒光消失了,消失的熒光表明了土壤中的DDE已經消失了。

為了去除有害物質,激光局部加熱污染部分,溫度達到幾千攝氏度。高溫很有效地分解了污染物中的化學鍵,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,激光應該可以作用于從有機化合物到金屬的所有種類的污染物。但是首先,蘇明說道,研究人員必須用別的污染物做實驗。未來的研究也需要涉及更多仔細的分析來證明事實上是不是所有的污染物都可以迅速有效地分解以符合標準。

蘇明設想最終可以讓一個多重激光器系統搭載在卡車后邊。通過穿過土壤的光纖電纜引導的激光可能可以耦合成一個的使土壤松弛的“犁”,從而更好地將土壤暴露于激光之下。

 

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