納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用納米技術(shù)具有極大的理論和應(yīng)用價(jià)值，納米材料被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。納米技術(shù)研究在0．1．100nm尺度范圍內(nèi)物質(zhì)具有的特殊性能及其應(yīng)用。廣義的納米材料是指在三維空間中，至少有一維達(dá)到納米尺度范圍。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、吸附等特性，眾多研究表明這些新特性將在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。一．納米技術(shù)在水處理中的應(yīng)用1）納米催化劑目前用于水處理的納米催化劑，主要指光催化劑，如Ti02,Cd5,ZnO等，其中TiO:因其活性高、穩(wěn)定性好、對(duì)人體無(wú)害而最受重視。Matthews等P1曾對(duì)水中34種有機(jī)污染物的光催化降解進(jìn)行研究，結(jié)果表明該方法可將水中的烴類、鹵代物、輕酸鹽表面活性劑、染料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑等污染物轉(zhuǎn)化成CO;和H2O等無(wú)害物質(zhì)。利用納米光催化劑光催化降解有機(jī)廢水是其最重要的用途之一納米TiO:玻璃薄膜光催化劑，可將玫瑰紅B催化降解為C02,H20及一些其它的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物。用溶膠一箭膠法制備的8層粒徑為的銳欽礦T102(存在于玻璃薄膜中)，在℃和振搖條件下，可使初始濃度為x10“一‘106的玫瑰紅B在150min內(nèi)的降解率達(dá)到80%多(以高壓汞燈為光源)，反應(yīng)速率對(duì)時(shí)間和濃度均為一級(jí)反應(yīng)[21。用納米二氧化欽粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸鈉水溶液，在多云的條件下，光照12h,濃度為L(zhǎng)的苯酚已降解為零，濃度為lmg幾的十二烷基苯磺酸鈉也基本降解137。采用納米二氧化欽催化降解技術(shù)來(lái)處理紡織工業(yè)污水，省錢(qián)、高效、節(jié)能，最終能使有害有機(jī)物完全礦化，且不存在二次污染2）處理無(wú)機(jī)污染廢水污水中的重金屬對(duì)人體的危害很大，重金屬的流失也是資源的浪費(fèi)。納米粒子能對(duì)水中的重金屬離子通過(guò)光電子產(chǎn)生很強(qiáng)的還原能力同。如納米TiO：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(xì)小的金屬晶體，既消除了廢水的毒性，又回收了貴重金屬。3）處理有機(jī)污染廢水大量研究表明納米TiO：等作為光催化劑，在陽(yáng)光下催化氧化水中的有機(jī)污染物。使其迅速降解。至今為止己知納米TiO：能處理80余種有毒污染物，它可以將水中的各種有機(jī)物很快完全催化氧化成水和CO等無(wú)害物質(zhì)圖。例如Pintar等在間歇式反應(yīng)器中納米R(shí)u／TiO：作催化劑，對(duì)酸性或堿性牛皮紙漂白廢水進(jìn)行光催化降解，廢水中的有機(jī)總碳TOC的去除率可達(dá)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(duì)弧菌的毒性的實(shí)驗(yàn)表明，用該方法處理后的工廠漂白廢水完全可以進(jìn)一步生物降解。4）自來(lái)水的凈化處理新型納米級(jí)凈水劑r7的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑AI：0，的10～20倍，能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?jī)艋b置，有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等。再經(jīng)過(guò)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(xì)菌、病毒。得到高質(zhì)量的純凈水。這是因?yàn)榧?xì)菌、病毒的直徑比納米大，在通過(guò)納米孔徑的膜和陶瓷小球時(shí)，會(huì)被過(guò)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(lái)。二。納米材料在大氣污染治理方面的應(yīng)用1）空氣中硫氧化物的凈化二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影響人類健康的有害氣體，如果在燃料燃燒的同時(shí)加入納米級(jí)催化劑不僅可以使煤充分燃燒，不產(chǎn)生一氧化硫氣體，提高能源利用率，而且會(huì)使硫轉(zhuǎn)化成固體的硫化物。如用納米Fe：0，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?yàn)槟茉聪乃鶐?lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且使廢氣等有害物質(zhì)再利用成為可能。2）汽車(chē)尾氣凈化汽車(chē)尾氣排放直接污染人們的生活空間及呼吸層。對(duì)人體健康影響極大。開(kāi)發(fā)替代燃料或研究用于控制汽車(chē)尾氣對(duì)大氣污染材料。對(duì)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(chē)尾氣傳感器問(wèn)，通過(guò)汽車(chē)尾氣排放的監(jiān)控，可及時(shí)對(duì)超標(biāo)排放進(jìn)行報(bào)警，并通過(guò)調(diào)整合適的空燃比，減少富油燃燒，達(dá)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(duì)汽車(chē)尾氣所排放的NO、CO等具有良好的催化轉(zhuǎn)化作用，可以替代昂貴的重金屬催化劑用作汽車(chē)尾氣催化劑。3）室內(nèi)空氣凈化新裝修房間空氣中的有機(jī)物濃度大大高于室外，而光催化劑可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，納米TiO：的降解效果最佳。納米TiO：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(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)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。即利用納米TiO：的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的菌，而且能同時(shí)降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物四。在醫(yī)院的病房、手術(shù)室及生活空間安放納米TiO：光催化劑可具有殺菌、除臭作用。三．納米技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，主要利用納米技術(shù)的氣敏性質(zhì)做成化學(xué)傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)大氣中的NOZ,SO2,CO等有害氣體。納米氣敏材料中最常用的是ZnO,SnO2,TiO:等，其中部分己經(jīng)投人使用在氣敏物質(zhì)中，應(yīng)用最廣泛的是Sn02，它各方面需的能量和費(fèi)用都較高，否則制備的傳感器的穩(wěn)定性、選擇性和靈敏性較差，_二者很難兼得。最近Cirera等發(fā)現(xiàn)用微波射線方法制備的納米SnO:傳感器費(fèi)用低，各方面性能都很優(yōu)越，體現(xiàn)了極好的大批量生產(chǎn)的前景。用此種方法可獲得平均直徑為55nm的未摻雜的粉末，直徑為66nm的摻雜%Pt粉末和直徑為54nm摻雜I%Pd的粉末以CO作為實(shí)驗(yàn)氣體，結(jié)果表明傳感器的電阻與CO濃度有較好的線性關(guān)系，其中摻雜以后的粉末在1一1000mg/L范圍內(nèi)都體現(xiàn)了很好的特性。對(duì)于NO:氣體，同樣具有較好的氣敏特性，如果能制成監(jiān)側(cè)裝置，將來(lái)肯定能有廣泛的應(yīng)用1221TiO:的氣敏性質(zhì)早已為人們所熟知，但由于其工作條件苛刻，需在1100℃下工作，因此主要用來(lái)監(jiān)測(cè)02濃度。Guidi等用RF-磁濺射技術(shù)制備的TiO敏電極，在較低溫度下對(duì)CO和NO:體現(xiàn)了良好的氣敏特性。在350-800℃范圍內(nèi)，對(duì)于含有20mg/L的CO和NO:的空氣和不含有污染物的空氣有很好的分辨性能。四．在其它環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用1）噪聲控制飛機(jī)、車(chē)輛、船舶等發(fā)動(dòng)機(jī)工作的噪聲可達(dá)上百分貝，容易對(duì)環(huán)境造成噪聲污染。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)械作用力將大為減少，噪聲污染便可得到有效控制。運(yùn)用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)的潤(rùn)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(rùn)滑作用，大大降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲。又能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命冊(cè)。2）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(gè)方面研：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TiO：催化技術(shù)可以使城市垃圾J決速降解，其速度可達(dá)到大顆粒TiO：的10倍以上，從而緩解大量城市垃圾給城市環(huán)境帶來(lái)的壓力。3）防止電磁輻射近年來(lái)電磁場(chǎng)對(duì)人體健康的影響問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。在強(qiáng)烈輻射區(qū)工作并需要電磁屏蔽時(shí)，通過(guò)在墻內(nèi)加入納米材料層或涂上納米涂料，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(jī)電磁屏蔽材料，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)信號(hào)抗干擾能力，同時(shí)大大降低電磁波輻射。4）在照明工程方面的應(yīng)用火力發(fā)電排放的CO：、SO：、煙塵懸浮物等會(huì)引起溫室效應(yīng)、酸雨和環(huán)境污染，通過(guò)照明節(jié)電可以帶來(lái)巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益【Iq。在照明工程中，最理想的節(jié)電措施是充分利用太陽(yáng)光來(lái)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(lái)，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(yàn)證。結(jié)語(yǔ)：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(hù)和環(huán)境治理的進(jìn)一步有機(jī)結(jié)合，許多環(huán)保難題將會(huì)得到解決。有理由相信，納米科技作為一門(mén)新興科學(xué)，必將對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，利用納米科技解決環(huán)境污染問(wèn)題將成為未來(lái)環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)：【1李采，曾廣斌．納米粒子Ⅱ】．化學(xué)通抿1995，6：29-31．【2】李良果，鄭慶龍，張克．納米柱子結(jié)構(gòu)分析D】．化工新型材料，1991，19(12)：12—13．【3】草愛(ài)苗，廖雷．蚋米技術(shù)及納米材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用Ⅱ】．中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004．43(增刊)：225-228．【4】楊健森．蝻米環(huán)保技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與前景01．科技通報(bào)，2002,18(4)：340-343．【5】馬榮萱，李繼忠．納來(lái)技術(shù)及其材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用Ⅱ】．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，200