ナノ材料で汚染物質を除去する最新技術

ナノテクノロジーは、材料やプロセスがナノスケール（1nm＝1ミリメートルの100万分の1）であることを特徴とする学際的分野です。マクロやミクロのスケールとは異なり、同じ材料でもナノスケールになると物理的性質が変化し、汚染物質の除去に有効に利用できます。

ナノフィルトレーション

ナノフィルトレーション膜は、水中の汚染物質や塩分を除去するために広く用いられています。微細な孔が物理的バリアを形成し、サイズが大きい粒子を捕捉します。従来のフィルターを上回る性能を持つ新しいナノ多孔質材料も開発されています。南アフリカの研究では、ナノフィルトレーション膜を使うことで塩分の多い地下水を飲料水に変換できることが示されました。また、炭素ナノチューブフィルターはウイルスや細菌の除去に優れ、従来型より高い効果が報告されています。

ナノ触媒

ナノ粒子は体積に対して表面積が大きく、触媒活性が向上します。単に汚染物質を別の場所に移すだけでなく、化学的に分解して無害化できます。特に開発途上国では高価な処理装置が導入しにくいため、ナノ触媒は有力な代替手段です。過去10年間で、二酸化チタン（TiO₂）ナノ粒子が光触媒として有機・無機汚染物質を分解できることが明らかになりました。紫外光を照射すれば、水中の有機汚染物質を効率的に除去できます。

磁性ナノ粒子

磁性ナノ粒子は、汚染物質と結合した後、磁場を利用して簡単に回収できます。たとえば、水中の油やヒ素と結合させ、磁石で取り除く手法があります。リース大学の研究では「ナノラスト」と呼ばれる磁性ナノ粒子がヒ素を100倍以上の効率で吸着し、磁石で回収できることが報告されています。回収した粒子は再利用も可能です。

ナノセンサー

ナノテクノロジーは汚染物質の検出にも応用されています。微細加工とナノ加工を組み合わせた小型センサーは、単一細胞レベルの生体分子や化学物質を高感度で検出できます。ペンシルベニア州立大学では、シリコンチップ上にナノワイヤを配置し、水中のヒ素を識別するセンサーを開発しました。

ナノファイバー

ナノファイバーは微細な孔を持ち、空気中の二酸化炭素や揮発性有機化合物を捕捉します。2007年にロイヤル・ソサエティは、CO₂除去に有効なナノファイバー技術を開発したチームにブライアン・マーサー革新賞を授与しました。産業プロセス全般で温室効果ガスの削減に貢献しています。