穿上“鲨鱼皮”的船舶
如果船舶船体上不使用防护涂料，不出两个月，船底就会被各种海洋附着生物，如硅藻、浒苔、苔藓虫、海鞘等，覆盖得几乎看不出原样。
抗生素被运用于船舶防污材料中，威胁海洋环境，无毒治污难题亟待破解 最近，在刚刚结束的“八国峰会”上，一个环保议题引起各国的广泛关注。四环素原本是用于治疗感染的一种抗生素，现在却被一些国家用于船舶防污涂料，从而给海洋环境带来新威胁。 记者在走访有关专家后发现，事实上，不仅仅是抗生素，现行船舶防污涂料普遍带有毒性，对环境构成较大威胁，难以分解的有害物质在海洋中不断积累，将最终“报应”在人类身上。船舶如何才能做到无毒治污？在这一领域科学界有哪些新的研究成果？ 抗生素被加进防污涂料 可能导致新型细菌产生 据《每日电讯报》报道，八国峰会期间，八国集团的科技部长召开了一个高级别会议。在会上，英国首席医疗官莎莉·戴维斯爵士告诉与会的部长们，四环素原本是用于治疗感染的抗生素，现在却被一些国家用于船舶防污涂料，以防止海藻、藤壶等生物附生在船体上。水中的细菌可能因而对抗生素产生耐药性，并且有可能会产生其他类型的新细菌。英国科技部长大卫·威利茨称，激增的抗生素抗药性感染病患是当今对人类最大的威胁之一。他说：“我相信有些人第一次听说抗生素被涂抹在船体是为了防止藤壶滋生时会感到震惊。我们需要把滥用抗生素的危害公之于世，从而引起大家的重视。” 添加抗生素成分的船舶涂料究竟会对海洋生态环境造成多大影响？记者采访了中国海洋大学化学与化工学院对船舶腐蚀和防护有深入研究的王佳教授。 王佳认为，戴维斯的言论表明他对目前船舶涂料的发展可能了解比较少。“他的着重点也许在指出抗生素滥用的问题。其实四环素这种抗菌素目前即便在临床中也已经很少用到了。有可能是一些厂家所生产的过剩四环素被转用在船舶防污涂料中，以对抗海洋中细菌、藻类等生物在船体上附生。但这种预防方法并非当下的主流。”王佳说，“用来杀死病菌的四环素究竟能否杀死海洋中的细菌和藤壶？海洋中对船体造成腐蚀的附着生物种类繁多，四环素对什么类型的附生有预防功效？而且最关键的是其防腐、防污的功效能持续多久？这些可能都要画一个问号。现在防污涂料的研究热度很高，大家都在寻找相比传统防污涂料更为环保、对海洋环境更为友好的解决方案。我们的研究也早已比添加抗生素成分要先进得多了。” 海洋生物强势附生 会使船舶航速降低寿命缩短 对于海洋中的某些细菌、海藻和贝类而言，从身边经过的一艘艘轮船就是活动的礁石，船底、船身、管道都是它们栖身的绝佳场所。王佳教授指出，如果船舶船体上不使用防生物污损的防护涂料，往往不出两个月，船底就会被各种海洋附着生物覆盖得几乎看不出原样。“尤其是在热带、亚热带海域活动的船只，在海水温度高的地方，海洋生物的活性也高，没有防污技术，轮船在北方还能开一段时间，到了厦门、广州，个把月船体就被各种附着生物铺满了。”王佳说。不光是船舶，一些海洋采油平台、海水冷却管道都面临着同样的污损问题。“海水冷却管道不防腐防污，很快就会成为细菌、海藻的天堂，没过多久就会被彻底堵塞。” 有研究者统计过，到1947年，被人类记录在案的海洋附着生物已经多达2000种以上，常见的有50～100种,其中半数以上生活在近海和海湾处，如硅藻、浒苔、苔藓虫、网纹藤壶、海鞘等都名列其中。随着人类对海洋生物了解的深入，这个数字至今恐怕已经翻倍。有些附着生物随着远洋船舶的携带，顽强地在世界各个角落扎根。海洋生物的附着给船舶和海洋设施带来极大的危害。它会增加船舶的航行阻力，导致航速降低和燃料消耗的增加，加速金属腐蚀，缩短船舶和海洋设施的使用寿命。即便是用网箱养殖水产，这些附着生物也会堵塞网眼，还会与网箱中的贝类、藻类争夺饵料。 船舶不同的材质，在不同的海水和大气环境下，附着生物所能产生的影响程度是不同的，但侵占的过程很类似。人类向海洋进发，想要利用海洋的资源，首先就要应对大海给人类各种工具所带来的强大的腐蚀与污损力量。 现行涂料普遍有毒 终将危及人类自身 船舶防污防腐涂料正是在这种需求下诞生。然而，在相当长的时间里，人类对附着在船舶上的海洋生物采取的都是“毒杀”策略。有研究者回顾我们防污杀菌的历史时曾指出，“在航海史上一直使用含有毒性的物质进行防污。铜、砷、镉、铅、汞及锡等化合物都被使用过。其有害物质的释放给生态环境和人类健康造成了严重危害。”20世纪7O年代以后，汞、砷等防污剂被禁止使用，人们发现有机锡在低浓度下可以达到高效的防污目的，因此有机锡化合物成为具有代表性的防污剂。但没过多久，研究者就发现有机锡会被海洋中的菌类吸收，又在鱼类、贝类体内积累，导致生物发生遗传变异，最终进入人类自己的口中，使人中毒致病。到了20世纪80年代末，各国纷纷立法，禁用或限用有机锡防污涂料。 王佳说：“目前最有效也占市场主导地位的，仍是氧化铜和氧化亚铜。”这是一种低释放率的含铜防污涂料，即以毒性较小的氧化亚铜和杂环类杀菌防霉剂等作为防污剂的无锡自抛光防污涂料。但已有研究者指出，此类涂料虽然毒性较小，但还是含有毒性，不是完全无毒。如果在防污剂中单独使用铜，对硅藻及其他藻类无效，必须加入辅助毒剂，而“铜 + 辅助毒剂”的毒性几乎等同于有机锡。铜元素在海洋中，特别是在海港中大量积聚，会导致海藻大量死亡，影响鲤鱼、鲑鱼、虾、蟹等生物的胚胎生长，破坏其血细胞，从而破坏生态平衡。“船舶防污面对的是一个动态的生物问题。我们使用杀菌剂毒杀，势必得面对生物自身为生存而发展出来的抗药性、变异问题。再高效的杀菌剂，有效时间也难以超过三年。如有机锡化合物，效果虽好，但有机锡涂料中所含的有害物质多年分解不掉，沉积在生物体内，给海洋环境造成破坏，最终将‘报应’到我们自己身上来。” 仿生涂料： 无毒治污新方向 仿生鲨鱼皮涂层材料横空出世 正是有了这些前车之鉴，与环境友好的防污涂料成为当下全世界科研人员探究的一个趋势和研究重点。在这方面已经有了很多大胆而新鲜的尝试。仿生涂料就是其中一种从其他生物身上获取灵感的解决策略。 水珠落在荷叶表面会滚落，而不是附着，正是因为其自身特殊结构所具有的“低表面能”物理特性。同样，鲨鱼、海豚身上为什么不会附生一些细菌、藻类呢？它们独特的结构、所分泌的物质成为科学家们寻找答案的探索方向。游泳健将们用仿生鲨鱼皮战衣来减少阻力，提高成绩，其实，鲨鱼皮、海豚皮很可能在船舶涂料方面也发挥独特的作用。 由美国佛罗里达大学的材料科学教授布伦南领导的一个研究小组探究鲨鱼防护海底生物附着的微观结构原理，研制出一种对环境无害的舰艇防护涂层。他们使用塑料和橡胶材料，复制出一种鲨鱼皮作为防护涂层，它由数十亿个细小的菱形凸起物组成，每个小菱形凸起物里还有凸起的“肋骨”。在小功率电流的作用下，这些菱形凸起物会发生变化。随着电流变化，其表面上的棱可以鼓起或缩回，在船体表面曲来拐去。这是有用的，因为隆起的运动能使积攒的泥沙及船体上的腐质除去，这些泥沙、腐质的聚集往往带来水藻、贝类的繁殖。 近年，科学家受这类生物的启发，致力于开发低表面能的防污涂料，使得海洋生物难以黏附，或者即使有黏附，经船舶行驶时的水流冲刷即可使其脱附。这成为无毒治污的新思路之一。 让船发出辣椒气味 驱走附着物 生物自身所具备的一些活性物质的作用也受到关注。比如海豚皮肤所分泌的黏液、海蟹分泌出的壳聚糖酶，都使海洋生物难以附着；珊瑚、海绵等本身也能代谢出具有防污性能的物质，可以用其生物提取物作防污剂。这些都是对海洋环境友好的物质。 王佳教授介绍，从许多植物中也可以提取具有生物活性的物质作为防污剂。比如，从胡椒、辣椒、洋葱中提取的粉末状辣椒素，就是天然的防污剂，辣椒素的气味能使一些海洋附着生物趋避。“不过，这一领域的新探索所要面对的都是时效问题，如何尽可能长时间地让这些对环境友好的新型涂料发挥作用是大家共同面对的难题。目前，这些新型生物仿生涂料在防污时间上仍然没有传统的氧化铜、氧化亚铜高效，如何找到一个最佳的平衡点是未来所向。”王佳说。 |
