纳米材料的环境风险与安全评价
来源： 浏览量：2242 更新日期：2010年1月6日
香山科学会议第314次学术讨论会综述
进入21世纪，纳米技术作为主流技术之一将对社会经济和人类的生存产生重要影响。近年来，科学家们注意到纳米技术在创造财富的同时也给环境和人类健康带来一定风险。为了进一步发挥纳米技术的正面效应，控制或抑制可能产生的负面效应，推动我国纳米技术进一步发展。香山科学会议第314次学术讨论会于2007年11月27日至29日在北京召开，解思深、魏复盛、张先恩和刘锦淮研究员担任会议执行主席，来自物理、化学、材料、环境、信息和生命科学等领域以及企业的四十多名专家应邀参加了讨论会。与会专家围绕“纳米材料的环境风险与安全评价”、“纳米技术与环境治理和修复”和“纳米检测技术与环境监测”三个中心议题展开了交流和讨论。
与会专家指出，纳米技术为环境安全领域提供了新的研究机遇，推动了环境研究向更深层次发展，它可以使人们认识到以前不能认识的污染现象；检测、察觉到以前不能察觉的污染物；治理以前无法治理的环境污染问题；在研究纳米技术的同时还需要对纳米物质潜在的环境风险进行科学的评价；当前，对环境污染检测的灵敏度不够高，抗干扰能力差，纳米检测技术则可以解决这个问题，但是要考虑到检测以后会不会给环境带来负面的影响，同样，利用纳米材料对环境进行修复，也应考虑到修复以后的纳米材料的行为状态；对现有纳米产品在环境使用中的标准进行评估，要以纳米技术在环境检测和修复中的应用为导向，充分体现纳米技术的优势，同时要考虑其潜在的环境风险，对广泛使用的纳米材料进行系统的研究。
张立德研究员作了题为“环境纳米科技研究的新动向和机遇”的会议主题评述报告，报告内容主要包括：（一）研究纳米的负面效应是认识纳米科技内涵的重要组成部分，纳米材料正面效应和负面效应是相互依赖和相互制约的两个方面，在研究中均处于同等重要的地位，强调了环境安全是发展纳米科技的驱动力之一；（二）建立纳米尺度有毒化学物质的数据库，进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围，以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害；（三）以绿色加工技术和生产技术为导向，发展环境友好的纳米材料制造技术，以绿色再生能源为导向，发展绿色纳米材料应用技术，以痕量快速探测为导向，利用纳米材料和纳米结构发展对有害气体探测技术和简易便携的监控设备，以环境修复和治理为导向，选择和设计纳米材料体系，防止修复和治理的二次污染；（四）加强纳米材料负面效应的研究为纳米科学知识创新提供了新机遇，加强纳米材料在环境中存在的状态、输运和沉降规律的应用基础研究，同时还要对纳米材料通过生物圈和食物链对环境安全和人类健康影响进行风险评估。
一、纳米材料的环境风险与安全评价
与会专家认为，纳米材料的性能及生物活性，是由包括其化学组成在内的尺寸、形状、溶剂、聚集程度等多方面的特征共同调控的。这使得纳米材料在生命这一复杂体系中的表现更加扑朔迷离，如果没有对上述多重性状准确的限定，就没有办法准确有效地标定剂量。纳米材料的毒理学研究在生命个体、细胞和分子层次都还有大量的工作等待完成，目前还没有一套公认的用以专门评定纳米材料安全性的体系或者模型存在。这对于更广泛、安全的使用纳米材料无疑是一个巨大的障碍。此外，快速准确的分析和评定方法，对于纳米材料技术的发展也是很重要的。在国际上，纳米材料的安全性研究已得到越来越多的重视，诸多发达国家已制定出长远的战略性的规划，并付诸行动。我国亟待从战略发展的眼光出发，制定出一套切实可行的纳米材料安全性研究的近期和长远的规划。
任何事物都是一分为二的，纳米物质和纳米污染物可能早就已经存在了，只是人们对纳米材料的研究过程中可能增加了环境中纳米物质的量。纳米技术在治理环境中起到了非常好的效果，在生产加工过程中可能扩散到环境中或进入生物体中。但是，纳米材料与环境和生物体的作用是一个复杂的过程，不能简单的说哪个纳米材料是有毒的。首先是剂量问题，很多致癌物质（如二恶英）每天成人可以接受的量是几十到一百皮克，而且，细胞还具有修复和代谢功能，用大量的纳米材料做毒理学实验是不科学的；其次是形态问题，纳米颗粒物可以进入生物体危害健康应该与其形态有关，如砒霜（As2O3）是有毒的，而雌黄（As2S3）、雄黄（AsS）对人体是有益的；另外，现在的毒理学实验都是用动物做实验的，从动物推断到人身上还要开展流行病学调查，现在能够大量接触到纳米材料的人很少（除了工厂可能会多些），不适合开展流行病学调查；此外，人也有个适应环境的问题，古代人的身体里有五六十种元素，现在人身体里的元素增加近一倍，说明人是在适应环境的。所以，纳米材料的风险评估是一个复杂的问题，可以把使用的量大、面广的纳米材料作为研究对象，开展全面、系统地研究。
环境中存在着大量天然的和工业生产所带来的纳米尺度物质，如柴油车尾气、工厂烟囱排出的废气、以及垃圾焚烧、沙尘暴等均含有大量的纳米颗粒。人工制备的纳米材料也可通过工业生产、纳米产品分解、纳米材料自组装等途径释放到空气中，并与空气化学污染物、重金属、各种细粒子结合、反应形成二次粒子。科学工作者要在积极利用纳米技术“好效应”的同时，应密切关注其可能的“负效应”，努力避免或消除其潜在的对生态环境的影响和对机体的毒性效应。应该发展一些能够解决实际问题的纳米技术，这就需要有一个长期规划和长期目标。纳米材料的应用可能存在潜在的风险，但是不能过分宣传它的负面效应，因为有些问题还没有说清楚。现在肺癌的发病率高于胃癌，可能说明现在的空气质量下降了，到底是什么原因引起的，应该用数据说话，现在环境检测就是缺少数据，应该发展先进的检测仪器得到可靠的数据。
二、纳米技术与环境治理和修复
与会专家指出，在纳米产品出现之前，自然界中就已大量存在纳米级别的污染物（如Fex(OH)y胶体、Al13(OH)327+胶体、酶肽、多聚糖、病毒、农药、染料、多环芳烃、多氯联苯等），纳米新材料出现以后与原有的纳米级污染物共同组成了环境纳米污染物。新生产的纳米材料除尺度、结构、自组装等直接效应外，其微界面吸附和催化作用尤为强烈，纳米材料颗粒作为载体与纳米污染物的复合体可以发挥浓缩及强化毒害的作用，更应加以关注和研究。近年来纳米材料在环境污染治理中的应用是环境污染治理研究的热点，并且取得了一些重要成果。例如，碳纳米管对持久性有机污染物（POPs）和重金属离子均表现出极高的吸附容量；半导体纳米光催化材料（如TiO2、ZnS 等）可用于光催化去除不同有机污染物；纳米零价铁、双金属零价铁可消除有机和无机污染物；磁性纳米材料可以通过外加磁场方便地将吸附了污染物的磁性材料从水中分离回收，在环境污染物的去除中具有很大的应用潜力。某些人工纳米材料具有毒性效应，但作用靶点、方式、机理和程度千差万别，不能一概而论。纳米材料的土壤环境应用研究刚刚起步，对其在土壤环境中的分配、反应、行为、归趋及生态毒理等尚缺乏系统了解，对其环境安全性和生态系统健康风险缺乏科学评价。因此，在明确现有的纳米材料生产、贮存、使用和处置技术是否会产生环境影响的同时，还应从纳米材料特性出发，探明纳米材料特别是应用于农业生产和环境修复中的纳米物质的长期应用效果、土壤生态效应和潜在环境风险。
三、纳米检测技术与环境监测
基于纳米颗粒和纳米团簇的传感器，基于量子点纳米传感器，基于碳纳米管的传感器，基于多孔硅的传感器，基于微悬臂梁的传感器，基于纳米线的传感器、基于纳米分子印记技术的传感器和基于电介质调控场效应管的纳米空隙（nanogap）传感器等先进的传感技术在环境检测中的广泛应用以及在环境纳米污染物检测中的潜在应用。发展纳米检测技术是评估纳米材料在环境中是否存在潜在风险的重要手段，建议加强对纳米材料和纳米检测技术新原理、新方法的研究；加强新型纳米检测技术在环境监测中的应用；建立系统的纳米传感监测网络；利用纳米检测技术为环境安全解决几个关键问题。分子印记技术在固相萃取、亲和分离和传感材料等方面的逐步应用，将为环境领域科学技术的研究开辟一条新的道路，而环境领域也将成为分子印记技术的主要应用市场之一。国家在发展高灵敏检测技术的同时也应该发展定性、半定量的检测技术（如试剂盒、试纸等），能够快速处理重大的突发事件。检测技术可以灵敏度不高，能够预警就好，然后可将样品带到实验室仔细检查。目前这类产品大都是进口的，准确度也不是很高，但是价格很贵，我们完全可以自己做。
科研首先要满足国家的战略需要，食品和环境的安全是目前国家非常关注的领域，我们可以建立传感器网络来监测环境安全。纳米技术将会发挥重要的作用：一是能够检测新的对象，如纳米颗粒、病毒、农药等；二是能够做到痕量探测。从单个纳米传感器到传感器网络可以做到环境安全的监测。纳米检测技术目前的文章很多，但是真正做到应用还有很多工作要做，要找有实力的企业合作，他们的生产工艺都是标准化的，可以将新方法、新技术迅速地转化成仪器推向市场。基因芯片的思想起源于一篇文章和一项专利，但是真正应用起来的是一家美国微电子公司，将基因芯片技术推向市场。如果国家能够持续关注纳米检测仪器，把我们自己的技术与外国仪器结合，集中精力，把纳米界的精英集中起来一定能够发展一些既出文章又能应用的科学仪器。国家应该有战略眼光、有耐心，我们持之以恒、坚持下来就能够做出国际先进水平的仪器。
与会专家经过交流和讨论，取得如下共识和提出了建议：
1、 关键科学问题
1）纳米技术为环境安全领域提供了新的研究机遇，推动了环境研究向更深层次发展，它可以使人们认识到以前不能认识的污染现象；检测、察觉到以前不能察觉的污染物；治理以前无法治理的环境污染问题。
2）环境安全为纳米技术的发展提出了新的研究课题，提供了新的创新空间。对纳米技术应用潜在的环境风险的研究必将丰富人们对纳米技术科学内涵的全面认识，促进纳米技术新原理、新规律和新方法在更深层面上进行研究，为发展绿色纳米技术、提高纳米技术应用的有效性奠定基础。
3）具体科学问题包括有：
（1）纳米尺度物质在空气、水和土壤中存在状态、传输、转化和与其它物质相互作用的规律；
（2）环境（空气、水和土壤）中纳米尺度物质的探测和表征方法；
（3）优化环境的治理和修复技术；
（4）纳米污染物通过环境和食物链传递和相互影响规律；
2、纳米技术在环境治理和修复中的应用
1）利用纳米技术修复污染的空气、水和土壤，发展优化环境的纳米技术
（1）对土壤中重金属和POPs的治理技术
（2）对饮用水的净化技术
（3）对人群密集的大型公共场所的空气净化技术
2）发展用于工业废物和污染物的有效纳米处理技术和回收技术
（1）重金属废渣（如铬、镉、汞、铅等）的处理技术
（2）对废水污泥和石油污泥的处理技术
（3）工业废水中POPs的处理技术
（4）稀缺资源的回收技术
3）发展用于环境治理和优化的绿色应用技术
（1）发展生活中应用量大、面广的纳米材料（如纳米TiO2、纳米零价铁等）的环境安全风险评估方法
（2）发展用于环境优化纳米材料产品的后续处理技术和回收技术
3、纳米检测技术在环境监测中的应用
1）发展痕量、实时、便捷的纳米探测技术，重点发展高灵敏、高选择性、高通量的探测技术
2）发展高精密、高灵敏、抗干扰能力强、廉价的环境污染检测仪器
3）建立应付突发事件的快速反应监测网
4）发展用于纳米尺度污染物和纳米颗粒物的快速检测设备
5）建立环境安全评价数据库和远程监控系统
4、与会专家建议：
1）在现有的技术条件下，构筑纳米技术与环境安全的公共研究平台，为国内纳米与环境领域的专家提供交叉学科研究的公共场所。
2）建立新的环境监控和安全评价体系
（1）评价纳米技术进行环境治理的效果
（2）对新的检测方法和仪器进行评价
（3）加强纳米技术研究和生产环境安全风险评估
（4）加强纳米技术在环境中应用的标准制定
3）在国家有关规划中应该对纳米技术和环境安全问题给予高度重视，增加支持力度。