一旦石墨烯不再只是展品，而是工業(yè)化生產(chǎn)，污染隱憂可能會(huì)成為明患。 （CFP/圖）
從2011年至今，在研究石墨烯環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的道路上，滕應(yīng)幾乎沒有同行者：“石墨烯工廠對(duì)周邊環(huán)境影響的實(shí)地調(diào)研，現(xiàn)在沒有人在做。”
羅洪中算了算自家工廠臺(tái)賬：每生產(chǎn)一噸石墨烯，需要40到50噸硫酸，120到150噸的新鮮水。
“石墨烯（生產(chǎn)）會(huì)不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，這是個(gè)偽命題。任何化工產(chǎn)品肯定有廢棄物，關(guān)鍵看能否變廢為寶。偷偷往河里排廢水，那才叫污染。”
“一張未來城市特色名片、一個(gè)百億規(guī)模的特色產(chǎn)業(yè)、一個(gè)資本市場(chǎng)的‘常州石墨烯板塊’、一個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)的國家標(biāo)桿……”這是2014年12月，首個(gè)“國字頭”石墨烯產(chǎn)業(yè)化基地落戶江蘇省常州市武進(jìn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)后，當(dāng)?shù)卣W(wǎng)站上的豪言壯語。
這是石墨烯熱潮中的一景。按照中國石墨烯產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)盟）的規(guī)劃，“十三五”期間要在全國布局100個(gè)石墨烯應(yīng)用產(chǎn)業(yè)基地，形成一千億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
然而，“大躍進(jìn)”前夜，繁榮背后的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，鮮有人提及。
“石墨烯但愿不要再重蹈鉛蓄電池的老路了。”早在2011年，山東一位大學(xué)教授在博客中即為“大干快上”的石墨烯行業(yè)敲響了警鐘。但如今，他只愿匿名受訪：“國家大力支持，大家都在談發(fā)展。”
“這個(gè)行業(yè)一來比較前沿，另外也沒有具體的污染案例報(bào)告上來，我們對(duì)這一塊關(guān)注得還不太多。”環(huán)保部環(huán)境規(guī)劃院副研究員李曉亮坦言。
或富集毒物
和很多人一樣，滕應(yīng)第一次聽說石墨烯是在2010年。那一年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)者獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
“我當(dāng)時(shí)就在想，作為一種新材料，它的環(huán)境功能（指對(duì)周邊環(huán)境的功能影響）和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該去做前瞻性研究。”滕應(yīng)是中國科學(xué)院南京土壤研究所研究員，從2011年至今，在研究石墨烯環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的道路上，他幾乎沒有同行者：“這方面的研究非常少。我在做的還是實(shí)驗(yàn)室模擬，石墨烯工廠對(duì)周邊環(huán)境影響的實(shí)地調(diào)研，現(xiàn)在沒有人在做。”
在石墨烯眾多特性中，最先引起滕應(yīng)注意的是其巨大的比表面積（單位質(zhì)量物料所具有的總面積）。
由于巨大的比表面積，石墨烯對(duì)污染物有較強(qiáng)的吸附能力，可以作為土壤修復(fù)劑。但如果控制得不好，也可能富集環(huán)境中的有毒、有害物質(zhì)，影響污染物的遷移。
滕應(yīng)還研究了石墨烯對(duì)植物、動(dòng)物、微生物的生物毒性效應(yīng)。他對(duì)小麥、玉米、蚯蚓等生物進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，從模擬效果看，低濃度的石墨烯對(duì)生物有促進(jìn)效應(yīng)，而高濃度時(shí)則會(huì)抑制生物生長。作為納米級(jí)顆粒，石墨烯可以進(jìn)入細(xì)胞，影響細(xì)胞活性。
美國加利福尼亞大學(xué)的環(huán)境工程師沙朗·沃克爾研究了石墨烯進(jìn)入水體的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)告發(fā)表在2014年7月《環(huán)境科學(xué)工程》期刊上。研究發(fā)現(xiàn)，在類似地下水的液體中，氧化石墨烯會(huì)下沉，不會(huì)對(duì)水域造成危害。但是在類似地表水的液體中，氧化石墨烯并沒有下沉，它會(huì)吸附到正在腐爛的植物和動(dòng)物產(chǎn)生的有機(jī)物上，然后隨著它們漂浮。那么，動(dòng)物和人攝取氧化石墨烯的幾率就會(huì)大大增加。
滕應(yīng)認(rèn)為，對(duì)石墨烯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警不是杞人憂天。“現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)剛剛開始，還找不到真正造成污染的地方。今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展大了，如果沒有很好的管理，對(duì)生態(tài)肯定會(huì)造成影響。”
將來，石墨烯可能以多種途徑進(jìn)入環(huán)境中。比如石墨烯改性聚合物材料降解以后，會(huì)將石墨烯暴露出來。石墨烯生產(chǎn)、應(yīng)用企業(yè)的廢棄物中，也可能含有大量石墨烯。
而這些因新材料特性產(chǎn)生的環(huán)境隱憂，實(shí)際中幾乎無人注意。山東三潤環(huán)保科技有限公司一位環(huán)評(píng)師曾給石墨烯生產(chǎn)企業(yè)做過環(huán)評(píng)，他告訴南方周末記者，環(huán)評(píng)時(shí)主要考慮的還是普通的“三廢”處理，沒有考慮過石墨烯進(jìn)入土壤和水體后的特殊性質(zhì)：“我只知道石墨烯不溶于水，會(huì)形成沉淀，應(yīng)該問題不大。”
2015年11月20日，武進(jìn)區(qū)環(huán)保局開發(fā)科工作人員對(duì)南方周末記者說，雖然石墨烯是新興產(chǎn)業(yè)，但和其他企業(yè)一樣，“污染由中介機(jī)構(gòu)來評(píng)價(jià)，我們就審批。”至于后續(xù)管理，也無特殊之處，和其他企業(yè)參照同樣標(biāo)準(zhǔn)。
高耗水，產(chǎn)廢酸
雖然石墨烯材料自身的環(huán)境隱憂幾乎無人關(guān)注，但石墨烯工業(yè)化生產(chǎn)過程中的環(huán)境問題已經(jīng)浮出水面。
大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯會(huì)不會(huì)影響生態(tài)，后端污染怎么回收——“這是我們聚在一起時(shí)會(huì)討論的問題。”廈門凱納石墨烯技術(shù)有限公司運(yùn)營總監(jiān)方崇卿說。
討論的結(jié)果分歧巨大。江蘇常州市政府科研機(jī)構(gòu)江南石墨烯研究院名譽(yù)理事長馮冠平相信，石墨烯產(chǎn)業(yè)是綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。但也有匿名業(yè)內(nèi)人士的觀點(diǎn)走向另一個(gè)極端，認(rèn)為部分石墨烯生產(chǎn)企業(yè)“嚴(yán)格來說根本通不過環(huán)評(píng)”。
目前，工業(yè)界較多使用化學(xué)氣相沉積法（CVD）和氧化還原法生產(chǎn)石墨烯，雖然工藝還不成熟。
化學(xué)氣相沉積法以甲烷等含碳?xì)怏w為原料，高溫狀態(tài)下，使碳原子在金屬基底上挨個(gè)排列，“生長”出以平方米為計(jì)算單位的石墨烯薄膜。業(yè)界一般認(rèn)為，這種制備方式不會(huì)給環(huán)境增加負(fù)擔(dān)。
環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要存在于氧化還原法中。這種制備方法通過石墨與強(qiáng)酸反應(yīng)生成氧化石墨，經(jīng)過分散形成氧化石墨烯，再加入還原劑制得石墨烯粉體。
氧化還原法須消耗大量的水和硫酸，同時(shí)產(chǎn)生大量酸性廢水和廢酸。生產(chǎn)出來的石墨烯粉體一般含多層碳原子，與嚴(yán)格意義上的單層石墨烯相比，性能受到損失。
國內(nèi)到底有多少家石墨烯生產(chǎn)企業(yè)，目前并無權(quán)威統(tǒng)計(jì)，部分企業(yè)也不向外界公開產(chǎn)能及生產(chǎn)方法。據(jù)聯(lián)盟秘書長李義春估計(jì)，目前接近量產(chǎn)規(guī)模的石墨烯薄膜生產(chǎn)企業(yè)有3家，達(dá)到量產(chǎn)規(guī)模（產(chǎn)能10噸/年）的石墨烯粉體生產(chǎn)企業(yè)有5家，東莞有1家企業(yè)量產(chǎn)石墨烯漿料。此外還有二三十家企業(yè)建成了石墨烯生產(chǎn)的中試線。
生產(chǎn)石墨烯粉體的企業(yè)，絕大多數(shù)使用的是氧化還原法。
“膨脹石墨是一噸石墨放兩噸硫酸，已經(jīng)夠污染的。你再搞這個(gè)玩意（氧化還原法），那不更污染？”鴻納（東莞）新材料科技有限公司生產(chǎn)石墨烯漿料，董事長李琦說。該公司制備工藝不同于上述兩種，“屬于商業(yè)秘密，不能透露”。
不過，實(shí)際污染并不突出。除了企業(yè)總數(shù)少、產(chǎn)能不高，另一個(gè)原因是多數(shù)企業(yè)沒有天天開工。
李義春表示，現(xiàn)在石墨烯的下游應(yīng)用跟不上，制約著石墨烯生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“（很多企業(yè)）就是生產(chǎn)線建起來了，生產(chǎn)一批，有下游客戶了再生產(chǎn)一批。”
不過，一旦應(yīng)用突破，石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可能一日千里。
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