2017年8月18日— 世介面臨的環境問題清單可能很長，但一些解決這些問題的策略卻非常微小。奈米材料最初被探索用於顯微鏡和計算機應用，這些材料由比人類頭髮絲的厚度小成千上萬倍的單元組成，正在成為應對地球福祉威脅的有用工具。
全球科學家正在開發奈米材料，這些材料可以有效地利用空氣中的二氧化碳，捕獲水中的有毒汙染物，並將固體廢物降解為有用的產品。
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印度理工學院古瓦哈提分校奈米技術中心化學系成員 Arun Chattopadhyay 表示：“奈米材料可以幫助我們減輕汙染。它們是高效的催化劑，並且大部分可回收。現在，它們必須在商業化方面變得經濟可行，並且更好地完全取代當前的技術。”
收集CO2
為了幫助減緩大氣中二氧化碳水平因氣候變化而上升的速度，研究人員開發了納米CO2 收集器，它可以吸收大氣中的二氧化碳並將其用於工業用途。
Chattopadhyay 表示：“奈米材料可以將二氧化碳轉化為酒精等有用的產品。這些材料可以是簡單的化學催化劑，也可以是光化學性質的，可以在陽光下工作。”Chattopadhyay 已經使用奈米材料處理環境汙染物十多年了。
許多研究小組正在努力解決一個問題，如果這個問題得到解決，可能會成為應對氣候變化的聖盃：如何從大氣中提取CO2 並將其轉化為有用的產品。 Chattopadhyay 並非孤軍奮戰。許多研究小組正在努力解決一個問題，如果這個問題得到解決，可能會成為應對氣候變化的聖盃：如何從大氣中提取CO2 並將其轉化為有用的產品。奈米顆粒為此提供了一種有前景的方法，因為它們具有大的表面積與體積比，可以與CO2 相互作用，並且具有促進CO2轉化為其他物質的特性。挑戰在於使其在經濟上可行。研究人員已經嘗試了從金屬到碳基奈米顆粒的所有方法來降低成本，但到目前為止，它們還沒有變得足夠高效，無法進行工業規模的應用。
該領域最近的進展之一是CSIR-印度石油研究所和法國里爾科技大學的科學家們的工作。研究人員開發了一種奈米CO2 收集器，它利用水和陽光將大氣中的CO2 轉化為甲醇，甲醇可用作發動機燃料、溶劑、防凍劑和乙醇的稀釋劑。這種材料透過在氧化銅鋅和磁鐵礦球體周圍包裹一層改性氧化石墨烯製成，看起來像一個微型高爾夫球，比傳統催化劑更有效地捕獲CO2，並且可以很容易地重複使用，這是印度石油研究所（位於印度代拉敦）高階科學家 Suman Jain 的說法，他是奈米CO2收集器的開發者。
Jain 表示，奈米CO2 收集器具有較大的分子表面積，並且比具有相似表面積的傳統催化劑捕獲更多的CO2，這使得轉化效率更高。但是，由於奈米顆粒尺寸很小，它們有結塊的趨勢，導致長時間使用後失去活性。Jain 補充說，合成有用的基於奈米顆粒的材料也具有挑戰性，因為很難使顆粒尺寸保持一致。Chattopadhyay 表示，此類材料的效率可以進一步提高，為未來有用的應用提供了希望。
淨化水
紡織和皮革工業中使用的大多數有毒染料都可以用奈米顆粒捕獲。Chattopadhyay 說：“如果這些行業的廢水未經處理，來自人類產生的廢物（如製革廠的廢物）中的染料等水汙染物可能會進入深井或地下水等自然水源。“這個問題相當難以解決。”
由波蘭華沙大學教授 Elzbieta Megiel 領導的一個國際研究小組報告稱，奈米材料已被廣泛研究用於去除廢水中的重金屬和染料。研究團隊認為，使用含有磁性奈米顆粒的材料進行的吸附過程非常有效且易於實施，因為此類奈米顆粒表面有大量可以捕獲汙染物的位點，並且不易在水中降解。
Chattopadhyay 補充說，適當設計的磁性奈米材料可用於從水中分離砷、鉛、鉻和汞等汙染物。然而，基於奈米技術的方法必須比傳統的水淨化技術更有效，才具有實際價值。
除了去除染料和金屬外，奈米材料還可以用於清理溢油。由德克薩斯州休斯頓萊斯大學的 Pulickel Ajayan 領導的研究人員開發了一種可重複使用的奈米海綿，可以從受汙染的海水中去除石油。
這項技術顯示出前景，但尚未準備好投入實際應用。
印度旁遮普邦莫哈里奈米科學技術研究所所長 Ashok Ganguli 說：“雖然奈米海綿是一種處理溢油的好材料，但這些結果僅限於實驗室。“如果要從蔓延數英里的海水中去除石油，則需要大規模合成。” 儘管科學家們尚未成功合成出足夠大規模的奈米材料來清理溢油以進行實際應用，但 Chattopadhyay 表示，“透過更多的研究和行業合作，這可能會成為可能。”
加速消化
奈米材料應用的另一個探索領域是管理有機廢物，如果不妥善處理，有機廢物可能會汙染土地和水。Debjyoti Sahu 是印度卡納塔克邦 Amrita Vishwa Vidyapeetham 的工程學教授，他說：“農場和食品工業產生大量的可生物降解廢物，我們必須找到有效管理這些廢物的方法。”
處理可生物降解廢物最古老的方法之一是將其傾倒入稱為消化器的罐中。這些罐中充滿了厭氧微生物，它們消耗這些物質，將其轉化為沼氣燃料和可用作肥料的固體。但是厭氧消化過程緩慢。
最近的研究表明，與未新增金屬氧化物奈米顆粒的消化器相比，在食物垃圾消化器中新增金屬氧化物奈米顆粒使產生的沼氣燃料量增加了一倍。印度莫哈里奈米科學技術研究所的科學家 Kamalakannan Kailasam 說：“奈米顆粒可以加速汙泥的厭氧消化，從而在持續時間和沼氣產量提高方面使其效率更高。”
最近的研究表明，與未新增金屬氧化物奈米顆粒的消化器相比，在食物垃圾消化器中新增金屬氧化物奈米顆粒使產生的沼氣燃料量增加了一倍。
Sahu 說：“氧化鐵奈米顆粒是無毒的，應該新增到汙泥廢物中以提高其降解速度。”
安全第一
雖然奈米顆粒有潛力解決環境問題，但使其在環境清理中有用的小尺寸也引起了人們對健康和在環境中永續性的特別關注。
Chattopadhyay 說：“使用奈米材料的長期影響尚未評估。”
美國國家環境健康科學研究所和其他機構正在資助研究以評估工程奈米顆粒對健康和環境的潛在影響。研究人員還在建立模型來預測奈米材料在環境中的遷移和歸宿，以及它們對人類的潛在影響。如果能夠充分解決已提出的擔憂，奈米材料可能在幫助我們應對未來幾年的環境挑戰方面發揮重要作用。