納米功能材料

1、納米功能材料在環(huán)保中的應(yīng)用材料120941230265 曾雪淇 納米技術(shù)具有極大的理論和應(yīng)用價值，納米技術(shù)具有極大的理論和應(yīng)用價值，納米材料被譽為納米材料被譽為“2121世紀最有前途的材料世紀最有前途的材料”。納米技術(shù)研究在納米技術(shù)研究在0.1100nm0.1100nm尺度范圍內(nèi)物質(zhì)尺度范圍內(nèi)物質(zhì)具有的特殊性能及其應(yīng)用。廣義的納米材料具有的特殊性能及其應(yīng)用。廣義的納米材料是指在三維空間中，至少有一維達到納米尺是指在三維空間中，至少有一維達到納米尺度范圍，或以其為基本單位所構(gòu)成的材料。度范圍，或以其為基本單位所構(gòu)成的材料。納米材料具有輻射、吸收、殺菌、吸附等特納米材料具有輻射、吸收、殺菌、吸附等

2、特性，眾多研究表明這些新特性將在環(huán)境保護性，眾多研究表明這些新特性將在環(huán)境保護領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。納米材料初了解納米技術(shù)在治理有害氣體方面的應(yīng)用納米技術(shù)在治理有害氣體方面的應(yīng)用 1.有害氣體的來源有害氣體的來源 空氣中超標的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物（NOC）是影響人類健康的有害氣體，納米材料和納米技術(shù)的應(yīng)用能夠最終解決產(chǎn)生這些氣體的污染源問題。工業(yè)生產(chǎn)中使用的汽油、柴油以及作為汽車燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃燒時會產(chǎn)生S02氣體，這是S02的最大污染源。 2.有害氣體的治理有害氣體的治理（1）納米鈦酸鈷(CoTi03)是一種非常好的石油脫

3、硫催化劑。以55-70nm的鈦酸鈷半徑作為催化活體多孔硅膠或 A1203陶瓷作為載體的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01，達到國際標準。 （2）復(fù)合稀土化物的納米級粉體有極強的氧化還原性能，這是其它任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它的應(yīng)用可以徹底解決汽車尾氣中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染問題。 作用原理 以活性碳作為載體、納米 Zr0.5 Ce0.5 O2，粉體為催化活性體的汽車尾氣凈化催化劑，由于其表面存在Zr4+Zr3+及Ce4+Cr3+，電子可以在其三價和四價離子之間傳遞，因此具有極強的電子得失能力和氧化還原性，再加上納米材料比表面大、空間懸鍵

4、多、吸附能力強，因此它在氧化一氧化碳的同時還原氮氧化物，使它們轉(zhuǎn)化為對人體和環(huán)境無害的氣體-二氧化碳和氮氣。而更新一代的納米催化劑，將在汽車發(fā)動機汽缸里發(fā)揮催化作用，使汽油在燃燒時就不產(chǎn)生CO和NOx，無需進行尾氣凈化處理。 （比較復(fù)雜，大致了解即可）帶來的效用 1.開發(fā)替代燃料或研究用于控制汽車尾氣對大氣污染材料，對凈化環(huán)境具有重要的意義。用納米復(fù)合材料制備與組裝的汽車尾氣傳感器，通過汽車尾氣排放的監(jiān)控，可及時對超標排放進行報警，并通過調(diào)整合適的空燃比，減少富油燃燒，達到降低有害氣體排放和燃油消耗的目的。納米稀土鈦礦型復(fù)合氧化物對汽車尾氣所排放的NO、CO等具有良好的催化轉(zhuǎn)化作用，可以替代昂

5、貴的重金屬催化劑用作汽車尾氣催化劑。2.用納米Fe2O3作為催化劑，經(jīng)納米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01%，不僅節(jié)約了能源，提高能源的綜合利用率，也減少了因為能源消耗所帶來的環(huán)境污染問題，而且使廢氣等有害物質(zhì)再利用成為可能。3.納米TiO2經(jīng)光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能與細菌細胞或細胞內(nèi)組成成分進行生化反應(yīng)，使細菌頭單元失活而導(dǎo)致細胞死亡，并且使細菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解，即利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細菌，而且能同時降解由細菌釋放出的有毒復(fù)合物5。在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間安放納米TiO2光催化劑可具有殺菌、除臭作用。納米技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用納米

6、技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用 污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質(zhì)。它從污水中流失，也是資源的浪費。 1.1.處理無機污染廢水處理無機污染廢水 污水中的重金屬對人體的危害很大，重金屬的流失也是資源的浪費。納米粒子能對水中的重金屬離子通過光電子產(chǎn)生很強的還原能力。如納米TiO2能將高氧化態(tài)汞、銀、鉑等貴重金屬離子吸附于表面，井將其還原為細小的金屬晶體，既消除了廢水的毒性

7、，又回收了貴重金屬。2.2.處理有機污染廢水處理有機污染廢水 大量研究表明納米TiO2等作為光催化劑，在陽光下催化氧化水中的有機污染物，使其迅速降解。至今為止己知納米TiO2能處理80余種有毒污染物，例如Pintar等在間歇式反應(yīng)器中納米Ru/TiO2作催化劑，對酸性或堿性牛皮紙漂白廢水進行光催化降解，廢水中的有機總碳TOC的去除率可達到99.6%，并使廢水完全脫色。經(jīng)光催化濕空氣氧化處理后的工廠廢水對弧菌的毒性的實驗表明，用該方法處理后的工廠漂白廢水完全可以進一步生物降解。 3.3.自來水的凈化處理自來水的凈化處理 新型納米級凈水劑7的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑Al2O3的1020倍，能

8、將污水中懸浮物完全吸附并沉淀，然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭凈化裝置，有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等。再經(jīng)過由帶有納米孔徑的處理膜和帶有不同納米孔徑的陶瓷小球組裝的處理裝置后，可以100%除去水中的細菌、病毒，得到高質(zhì)量的純凈水。這是因為細菌、病毒的直徑比納米大，在通過納米孔徑的膜和陶瓷小球時，會被過濾掉，水分子及水分子直徑以下的礦物質(zhì)、元素則保留下來。在其它環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用 1 1 噪聲控制噪聲控制 飛機、車輛、船舶等發(fā)動機工作的噪聲可達上百分貝，容易對環(huán)境造成噪聲污染。當機器設(shè)備等被納米技術(shù)微型化以后，其互相撞擊、磨擦產(chǎn)生的交變機械作用力將大為減少，噪聲污染便可得到有效控制。運用納

9、米技術(shù)開發(fā)的潤滑劑，既能在物體表面形成永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤滑作用，大大降低機器設(shè)備運轉(zhuǎn)時的噪聲，又能延長設(shè)備的使用壽命。2 2 固體廢物處理固體廢物處理 納米技術(shù)及納米材料應(yīng)用于城市固體垃圾處理，主要有兩個方面：一是可以將橡膠制品、塑料制品、廢印刷電路板等制成超微粉末，除去其中的異物，成為再生原料回收；二是利用納米TiO2催化技術(shù)可以使城市垃圾快速降解，其速度可達到大顆粒TiO2的10倍以上，從而緩解大量城市垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。3 防止電磁輻射防止電磁輻射 近年來電磁場對人體健康的影響問題已經(jīng)成為一個新的研究熱點。在強烈輻射區(qū)工作并需要電磁屏蔽時，通過在墻內(nèi)加入納米材料層或涂上納

10、米涂料，能大大提高遮擋電磁波輻射性能。中科院理化所利用納米技術(shù)研究出了新一代手機電磁屏蔽材料，可以實現(xiàn)手機信號抗干擾能力，同時大大降低電磁波輻射。4.4.照明工程方面的應(yīng)用照明工程方面的應(yīng)用 火力發(fā)電排放的CO2、SO2、煙塵懸浮物等會引起溫室效應(yīng)、酸雨和環(huán)境污染，通過照明節(jié)電可以帶來巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。在照明工程中，最理想的節(jié)電措施是充分利用太陽光來照明，利用一些納米材料的光致發(fā)光特性是可行的辦法，白晝吸收自然光并貯存起來，晚上再直接把光射到需要的地方。這從多孔硅光致發(fā)光現(xiàn)象得到了驗證。神奇的納米納米TiO2TiO2 由于納米TiO2除了具有納米材料的特點外，還具有光催化性能，使得它

11、在環(huán)境污染治理方面將扮演極其重要的角色。 1 1降解空氣中的有害有機物降解空氣中的有害有機物 光催化劑可以很好地降解甲醛、甲苯等使內(nèi)氣體污染物，其中納米TiO2的降解效率最好，將近達到100。其降解機理是在光照條件下將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理，改善廠區(qū)周圍空氣質(zhì)量。 2 2降解有機磷農(nóng)物降解有機磷農(nóng)物 以前70年代發(fā)展起來的農(nóng)藥品種占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的80，它的生產(chǎn)和使用會造成大量有毒廢水。這一環(huán)保難題，使用納米TiO2來催化降解可以得到根本解決。 3.3.催化降解技術(shù)處理毛紡染整廢水催化降解技術(shù)處理毛紡染整廢水 利用納米

12、TiO2的催化降解特性，可處理毛紡染整廢水，具有省資、高效、節(jié)能，最終能使有機物完全礦化、不存在二次污染等特點，顯示出良好的應(yīng)用前景。 4 4石油開采運輸石油開采運輸 在石油開采運輸和使用過程中，有相當數(shù)量的石油類物質(zhì)廢棄在地面、江湖和海洋水面，用納米TiO2可以降解石油，解決海洋的石油污染問題。 5 5垃圾降解垃圾降解 用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大顆粒TiO2的10倍以上，從而解決大量生活垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。 6 6除臭除臭 一般常用的殺菌劑Ag、Cu等能使細胞失去活性，但細菌被殺死后，可釋放出致熱和有毒的組分如內(nèi)毒素。內(nèi)毒素是致命物質(zhì)，可引起傷寒、霍亂等疾病。

13、利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細菌，而且能同時降解由細菌釋放出的有毒復(fù)合物。在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間細菌密集場所安放納米TiO2光催化劑還具有除臭作用。 7 7自潔效應(yīng)自潔效應(yīng) 納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此其表面具有自清潔效應(yīng)，即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點。如將TiO2玻璃鍍膜置于水蒸氣中，玻璃表面會附著水霧，紫外線光照射后，表面水霧消失，玻璃重又變得透明。在汽車擋風玻璃、后視鏡表面鍍上TiO2薄膜，可防止鏡面結(jié)霧。 結(jié)語結(jié)語 隨著納米科技和納米材料的研究深入，特別是納米科技與環(huán)隨著納米科技和納米材料的研究深入，特別是納米科技與環(huán)境保護和環(huán)境治理的進一步有機結(jié)合，許多環(huán)保難題將會得到境保護和環(huán)境治理的進一步有機結(jié)合，許多環(huán)保難題將會得到解決。諸如大氣污染、污水處理、城市垃圾等將會得到解決。解決。諸如大氣污染、污水處理、城市垃圾等將會得到解決。我們將充分享受納米技術(shù)給人類帶來的潔凈環(huán)境。有理由相信，我們將充分享受納米技術(shù)給人類帶來的潔凈環(huán)境。有理由相信，納米科技作為一門新興科學(xué)，必將對環(huán)境保護產(chǎn)生深遠的影響，納米科技作為一門新興科學(xué)，必將對環(huán)境保護產(chǎn)生深遠的影響，利用納米科技解決環(huán)境污染問題將成為未來環(huán)境保護發(fā)展的必利