納米材料在環(huán)境保護(hù)方面的最新應(yīng)用進(jìn)展

1、納米材料在環(huán)境保護(hù)方面的最新應(yīng)用進(jìn)展(一)納米材料在環(huán)境保護(hù)方面的最新應(yīng)用進(jìn)展 1 噪聲污染控制  飛機(jī)、車輛、船舶等發(fā)動機(jī)工作的噪聲可達(dá)到上百分貝，容易對人造成危害，但當(dāng)機(jī)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(jī)械作用力將大為減小，噪聲污染可得到有效控制。運(yùn)用納米技術(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，得以大大降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時的噪聲，又能延長它的使用壽命。  納米粒子的抗摩減摩機(jī)理主要通過以下3條途徑實(shí)現(xiàn)：類似“微軸承”作用，減少摩擦阻力，降低摩擦系數(shù)；在摩擦條件下，納米微粒在摩擦副表面形成了一個光滑

2、保護(hù)層；填充摩擦副表面的微坑和損傷部位，起修復(fù)作用。  納米微粒添加劑的作用機(jī)理不同于傳統(tǒng)添加劑，與其本身所具有的納米效應(yīng)有關(guān)，在摩擦過程中，因摩擦表面局部溫度高，尤其在高負(fù)荷下，納米微粒極有可能處于熔化、半熔化或燒結(jié)狀態(tài)，從而形成一層納米膜。另外納米微粒具有極高的擴(kuò)散力和自擴(kuò)散能力(比體相材料高十幾個數(shù)量級)，容易在金屬表面形成具有極佳抗摩性能的滲透層或擴(kuò)散層，表現(xiàn)出“原位摩擦化學(xué)原理”(In-situ tribochemical treament)。這種機(jī)理認(rèn)為，納米添加劑，尤其在高負(fù)荷條件下它們的潤滑作用不再取決于添加劑小的元素是否對于基體是化學(xué)活性的，而很大程度上決

3、定于它們是否與基體組分形成擴(kuò)散層或滲透層和固溶體。納米添加劑的這一性能，解決了潤滑油和燃油添加劑設(shè)計(jì)上長期依賴S、P、Cl等活性元素的狀況，同時解決了S、P、Cl對基體金屬造成的腐蝕和帶來的環(huán)境問題。  2 固體廢棄物處理  納米技術(shù)及材料應(yīng)用于固體廢棄物處理，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下兩個方面：首先，納米級處理劑降解固體廢棄物的速度快。例如，納米TiO2降解固體廢棄物的速度為常規(guī)TiO2的10倍。其次，利用納米技術(shù)可以將橡膠塑料制品、廢舊印刷電路板制成超細(xì)粉末，除去其中的雜質(zhì)，將其作為再生原料回收。在日本將廢橡膠輪胎制成粉末用于鋪設(shè)運(yùn)動場、道路以及新干線的

4、路基等。因此，納米技術(shù)可在很大程度上緩解固體廢棄物給環(huán)境帶來的巨大的壓力也可以減輕填埋等傳統(tǒng)方式所帶來的二次污染。  3 自清潔涂料  最近發(fā)現(xiàn)，TiO2在紫外光照射條件下，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而具有超親水性，停止紫外光照射，數(shù)小時或7d后又回到疏水性狀態(tài)，再用紫外光照射，又表現(xiàn)出超親水性。采用間隙紫外光照射，可使表面始終保持超親水性狀態(tài)。此特性可用于表面防霧及自清潔等方面。鍍有TiO2的表面因?yàn)槠涑H水性，使油污不易附著，即使有所附著，也是和外層水膜結(jié)合，在外部風(fēng)力、水淋沖及自重作用下能自動從涂層表面剝離，從而達(dá)到防污和自清潔的目的。將TiO2的光催化性能

5、和超親水性結(jié)合應(yīng)用于玻璃、陶瓷等建筑材料，在醫(yī)院、賓館和家庭中具有廣闊的應(yīng)用前景。  4 光催化消毒劑  納米TiO2經(jīng)光催化產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧類能與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)，使細(xì)菌頭單元失活而導(dǎo)致細(xì)胞死亡，并且使細(xì)菌死亡后產(chǎn)生的內(nèi)毒素分解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將TiO2涂覆在玻璃、陶瓷表面，經(jīng)室內(nèi)熒光燈照射1h后可將其表面99%的大腸桿菌、綠膿桿菌、金色葡萄球菌殺死。這種瓷磚若用于醫(yī)院，則覆著于墻面上的細(xì)菌數(shù)和空氣中的浮游菌數(shù)明顯下降；若用于衛(wèi)生間，則可明顯降低氨氣濃度。日本最近開發(fā)出用于TiO2覆被的抗菌陶瓷，在光照下可完全殺死其

6、表面的細(xì)菌。最近福州大學(xué)也研制出堅(jiān)固的摻雜TiO2膜的陶瓷材料，對大腸桿菌和空氣中的浮游菌具有穩(wěn)定的殺滅作用和抑制細(xì)菌生長的能力。近年來不斷研究開發(fā)出含有超細(xì)TiO2，ZnO等微粉的抗菌除臭纖維，不僅用于醫(yī)療，而且還可制成抑菌防臭的高級紡織品、衣服、圍裙及鞋襪等。  5 監(jiān)測環(huán)境污染  有毒的氮氧化物(NOx)和氨氣(NH3)可導(dǎo)致酸雨和溫室效應(yīng)，因此其在大氣中的含量必須適時監(jiān)測。現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)成本高，不便移動作業(yè)，所需溫度高。碳納米管可以用于探測有毒的二氧化氮和氨氣，利用納米技術(shù)研制的探測器是由兩端連接金屬導(dǎo)線的納米碳管組成。該探測器可以在室溫下用于監(jiān)測

7、氮氧化物(NOx)和氨氣(NH3)濃度，造價低廉，并且體積微小，只有3m長，仿佛是用微芯片進(jìn)行化學(xué)分析的“芯片實(shí)驗(yàn)室”。該技術(shù)對二氧化氮、氨氣等進(jìn)行監(jiān)測很有價值。  6 防止電磁輻射  納米TiO2具有很強(qiáng)的散射和吸收紫外線的能力，尤其是對人體有害的中長波紫外線UVA、UVB(320-400nm，290-320nm)的吸收能力很強(qiáng)，效果比有機(jī)紫外吸收劑強(qiáng)得多，并且可透過可見光，因其無毒無味、無刺激性而廣泛用于化妝品。在對日本銷售的37種防曬化妝品的分析中，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)均含有納米TiO2。英國Tioxide公司將超微細(xì)的TiO2粉末制成漿狀產(chǎn)品以供化妝品

8、廠家使用，美國也開發(fā)出了6種商品化的無機(jī)防曬劑。將納米TiO2應(yīng)用于涂料中可制成特殊的防紫外線產(chǎn)品，如汽車、輪船面漆的防老化劑，防紫外線傘等。  納米材料屬于當(dāng)代材料科學(xué)的前沿學(xué)科，納米材料和技術(shù)領(lǐng)域新產(chǎn)品的創(chuàng)新必須以市場導(dǎo)向、需求為牽引。目前，我國已建立起納米材料和技術(shù)生產(chǎn)線10多條，以納米材料和技術(shù)注冊的公司近百個，納米材料在能源和環(huán)保等方面的應(yīng)用開發(fā)已在我國興起。作為21世紀(jì)前沿科學(xué)的納米技術(shù)將對環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，并有廣泛的應(yīng)用前景，甚至?xí)淖內(nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術(shù)解決污染問題將成為未來環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必然趨勢。 (二) 納米材料在污水處理中的應(yīng)用 傳統(tǒng)的

9、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好的解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。  1 納米過濾技術(shù)  納米過濾(nanofiltration，NF)，是一種由壓力驅(qū)動的新型膜分離過程，介于反滲透與超濾之間。納濾膜的孔徑范圍在納米級，其相對分子質(zhì)量截留范圍為數(shù)百左右。納濾的特點(diǎn)是：在過濾分離過程中，它能載留小分子的有機(jī)物并可同時透析出鹽，即集濃縮與透析為一體。操作壓力低，因?yàn)闊o機(jī)鹽能通過納濾膜而透析，使得納濾的滲透壓遠(yuǎn)比反滲透為低。納濾在工業(yè)生產(chǎn)過程中資源的回收或工業(yè)廢水的處理和循環(huán)中有著重要的作用。 &#

10、160;2 納米光催化技術(shù)  光催化降解是一項(xiàng)新興的頗有發(fā)展前途的廢水處理技術(shù)，它是指污染物在光照下，通過催化劑實(shí)現(xiàn)分解。常用的光催化劑有TiO2、ZnO、CdS、SnO2、Fe2O3等。納米顆粒由于具有常規(guī)顆粒所不具備的納米效應(yīng)，而具有更高的催化活性。自1976年Cary J.H.等人報(bào)道了在紫外光照射下，納米TiO2可使難降解的有機(jī)化合物多氯聯(lián)苯脫氯的光催化水處理技術(shù)后，引起了各國眾多研究者的普遍重視。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機(jī)化合物可以在紫外線的照射下通過納米TiO2或ZnO而迅速降解，特別是當(dāng)水中有機(jī)污染物濃度很高或用其他方法很難降解時，這種技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢。美國、日本、英國等已有將納米TiO2光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于水處理的報(bào)道。  3 納米吸附材料  由于納米材料所具有的表面效應(yīng)，使納米材料具有高的表面活性、高表面能和高的比表面積，所以納米材料在制備高性能吸附方面表現(xiàn)出巨大的潛力。一種新型的納米級凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10-20倍。因此，它能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來，先使水中不含懸浮物，然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭凈化裝置，能有效地除去水中的鐵銹、泥沙及異味等。經(jīng)前兩道凈化工序后，水體清