淺談納米技術在化工領域的應用

淺談納米技術在化工領域的應用一引言納米技術，是研究結構尺寸在1納米至100納米范圍內材料的性質和應用的一種技術。納米材料的小尺寸效應，表面效應，，量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得納米材料呈現出特殊的光學電學磁學以及化學方面的性質。納米技術的應用前景非常廣闊，有人曾經預測，納米技術將成為超過網絡技術和基因技術的“決定性技術”。近年來，納米技術在化工生產領域也得到了一定的應用，并且顯示出了其獨特的魅力。二納米技術在化工領域中的應用實例1.在催化劑方面的應用我們都知道，催化劑在化學生產工業(yè)中起著舉足輕重的作用，它可以有效控制反應時間，極大地提高反應速率，提高經濟效益。大多數傳統(tǒng)催化劑的催化效率較低，而納米材料由于其特殊的結構尺寸，表面的活性中心多。用納米材料作催化劑時，其催化效率將會大大提高。納米材料作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑。這種催化劑的催化機理是，在光的照射下，分散在溶液的半導體納米粒子吸收光產生了一些電子—空穴對，在電場的作用下，電子與空穴會分離，然后分別遷移到納米粒子表面的不同位置，與溶液中相應的組分發(fā)生氧化還原反應。目前已有文章報道，工業(yè)上利用納米 TiO2-Fe2O3作為光催化劑，用于廢水處理（含亞硫酸根離子或重鉻酸根離子的體系），已經取得了很好的效果。除此之外，還有研究發(fā)現，Ni或者Cu-Zn的納米顆粒，對于某些有機物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑，這樣可大大節(jié)約成本。用納米顆粒作催化劑提高反應速率，是未來催化科學不可忽視的研究課題，納米催化劑很可能給未來工業(yè)生產帶來革命性的變革。2.在改良化工產品性能方面的應用精細化工，是生產精細化學品工業(yè)的通稱。作為當今化學工業(yè)中最具有活力的領域之一，精細化工產品數量眾多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米技術的快速發(fā)展無疑也會給精細化工帶來福音。在橡膠塑料等精細化工生產領域中，納米材料發(fā)揮了重要作用。例如，在橡膠中加入納米二氧化硅之后，可以顯著提高橡膠抗紫外線輻射的能力，從而提高了橡膠的耐用性。納米Al2O3加入到普通橡膠中可以顯著提高橡膠的耐磨性和介電特性，彈性也明顯優(yōu)于用炭黑作填料的橡膠。納米級碳酸鈣經過適當的表面處理，填充PP（聚丙烯）能夠起到增強韌性的作用。最近有研究顯示，將納米TiO2按一定比例加入到化妝品中，可以有效遮蔽紫外線。目前，日本等國已經有部分含納米TiO2的化妝品問世。用添加0.1％--0.5％的納米TiO2制成的透明塑料包裝食品，既可以防止紫外線對食品的破壞作用，還可以使食物保持新鮮。3.在過濾和分離方面的應用在制藥工業(yè)，食品工業(yè)，染料工業(yè)中，興起了一種新的過濾分離技術——納米膜過濾技術，這是一種介于反滲透與超濾之間的以壓力為驅動力的新型膜分離技術。納米膜的孔徑范圍在幾個納米左右，能夠截留有機小分子而使大部分無機鹽通過，分離時所需滲透壓較低，具有節(jié)約動力的優(yōu)點。此外，納濾分離過程中不發(fā)生任何化學反應，不用加熱，也沒有相轉變，不破壞生物活性，對于低分子量的有機物分離中有獨到之處。目前，納米膜過濾技術已經應用于抗生素的回收與精制，脫鹽乳清的提取還有造紙廢水的處理之中。4.特殊的納米材料---碳納米管的應用碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能，有著廣闊的應用前景。最近的研究顯示，可以利用碳納米管獨特的孔狀結構，大的比表面積，較高的機械強度做成納米反應器，該反應器能夠使化學反應局限于一個很小的范圍內進行。在納米反應器中，反應物在分子水平上有一定的取向和有序排列，但同時限制了反應物分子和反應中間體的運動。這種取向、排列和限制作用將影響和決定反應的方向和速度?？茖W家們研究發(fā)現，利用納米尺度的分子篩作反應器，在烯烴的光敏氧化作用中，將底物分子置于反應器的孔腔中，敏化劑在溶液中，這樣就只生成單重態(tài)的氧化產物。用金屬醇化合物和羧酸反應，可合成具有一定孔徑的大環(huán)化合物。碳納米管的儲氣能力極強，多壁碳納米管的儲氫量可達4.2％，可制成儲氫材料用于燃料電池等領域，此外，用碳納米管作為增強填料可形成各種復合材料。例如用碳納米管材料增強的塑料力學性能優(yōu)良、導電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對環(huán)境造成影響。三結束語納米技術與眾多學科密切相關，它是一個體現多學科交叉性質的前沿領域。早在1959年，著名的理論物理學家，諾貝爾獎獲得者Feyneman就曾預言：“當我們的得以對細微的事物加以操縱時，將大大擴充我們可能獲得物性的范圍”