納米技術在環(huán)境保護中的應用

1、納米技術在環(huán)境保護中的應用納米技術具有極大的理論和應用價值，納米材料被譽為“21世紀最有前途的材料”。納米技術研究在0.1.100nm尺度范圍內物質具有的特殊性能及其應用。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度范圍?；蛞云錇榛締挝凰鶚嫵傻牟牧稀＜{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)境保護領域產生深遠的影響。一.納米技術在水處理中的應用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、對人體無害而最受重視。Matthews等P1曾對水中34種有機污染物的光催化降解進行研究，結

2、果表明該方法可將水中的燒類、鹵代物、輕酸鹽表面活性劑、染料、含氮有機物、有機磷殺蟲劑等污染物轉化成CO;和H2O等無害物質。利用納米光催化劑光催化降解有機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及一些其它的簡單無機物。用溶膠一箭膠法制備的8層粒彳空為21.2nm的銳欽礦T102（存在于玻璃薄膜中），在（28-0.5）C和振搖條件下，可使初始濃度為9.87x10“一10.46'106的玫瑰紅B在150min內的降解率達到80%多（以高壓汞燈為光源），反應速率對時間和濃度均為一級反應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

3、鈉水溶液，在多云的條件下，光照12h,濃度為0.5mg/L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來處理紡織工業(yè)污水，省錢、高效、節(jié)能，最終能使有害有機物完全礦化，且不存在二次污染2）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生很強的還原能力同。如納米TiO:能將高氧化態(tài)汞、銀、鉗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，又回收了貴重金屬。3）處理有機污染廢水大量研究表明納米TiO:等作為光催化劑，在陽光下催化氧化水中的有機污染物。使

4、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物很快完全催化氧化成水和CO等無害物質圖。例如Pintar等在間歇式反應器中納米Ru/TiO: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。4）自來水的凈化處理新型納米級凈水劑r7的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑AI:0,的1020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、纖維和活性炭凈化裝置，有效地除去水中的鐵銹、

5、泥沙以及異味等。再經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、元素則保留下來。二。納米材料在大氣污染治理方面的應用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加入納米級催化劑不僅可以使煤充分燃燒，不產生一氧化硫氣體，提高能源利用率，而且會使硫轉化成固體的硫化物。如用納米Fe：0,作為催化劑。經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，

6、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再利用成為可能。2）汽車尾氣凈化汽車尾氣排放直接污染人們的生活空間及呼吸層。對人體健康影響極大。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。用納米復合材料制備與組裝的汽車尾氣傳感器問，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。納米稀土鈦礦型復合氧化物對汽車尾氣所排放的NO、CO等具有良好的催化轉化作用，可以替代昂貴的重金屬催化劑用作汽車尾氣催化劑。3）室內空氣凈化新裝修房間空氣中的有機物濃度大大高

7、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:經光催化產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組成成分進行生化反應，使細菌頭單元失活而導致細胞死亡，并且使細菌死亡后產生的內毒素分解。即利用納米TiO:的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的菌，而且能同時降解由細菌釋放出的有毒復合物四。在醫(yī)院的病房、手術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.納米技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用在環(huán)境監(jiān)測中，主要利用納米技術的氣敏性質做成化學傳感器，用來監(jiān)測大氣中的NOZ,SO2,CO等有害氣體。納米氣敏材料中最常用的是ZnO,SnO2,TiO:等，

8、其中部分己經投人使用在氣敏物質中，應用最廣泛的是Sn02,它各方面需的能量和費用都較高，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)現用微波射線方法制備的納米SnO:傳感器費用低，各方面性能都很優(yōu)越，體現了極好的大批量生產的前景。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0.2%Pt粉末和直徑為54nm摻雜I%Pd的粉末以CO作為實驗氣體，結果表明傳感器的電阻與CO濃度有較好的線性關系，其中摻雜以后的粉末在11000mg/L范圍內都體現了很好的特性。對于NO:氣體，同樣具有較好的氣敏特性，如果能制成監(jiān)側裝置，將來肯定能有廣泛的應用

9、1221TiO:的氣敏性質早已為人們所熟知，但由于其工作條件苛刻，需在1100c下工作，因此主要用來監(jiān)測02濃度。Guidi等用RF-磁濺射技術制備的TiO敏電極，在較低溫度下對CO和NO:體現了良好的氣敏特性。在350-800C范圍內，對于含有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)保領域的應用1）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。當機器設備等被納米技術微型化以后，其互相撞擊、磨擦產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。運用納米技術開發(fā)的潤滑劑，既能在物體表面形成永久性的固態(tài)膜，產生極好

10、的潤滑作用，大大降低機器設備運轉時的噪聲。又能延長設備的使用壽命冊。2）固體廢物處理納米技術及納米材料應用于城市固體垃圾處理，主要有兩個方面研：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:催化技術可以使城市垃圾J決速降解，其速度可達到大顆粒TiO:的10倍以上，從而緩解大量城市垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。3）防止電磁輻射近年來電磁場對人體健康的影響問題已經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研究出了新一代手機電磁屏蔽

11、材料，可以實現手機信號抗干擾能力，同時大大降低電磁波輻射。4)在照明工程方面的應用火力發(fā)電排放的CO:、SO:、煙塵懸浮物等會引起溫室效應、酸雨和環(huán)境污染，通過照明節(jié)電可以帶來巨大的社會、經濟和生態(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)光現象得到了驗證。結語：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)境保護和環(huán)境治理的進一步有機結合，許多環(huán)保難題將會得到解決。有理由相信，納米科技作為一門新興科學，必將對環(huán)境保護產生深遠的影響，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)展的必然趨勢。參考文獻：【1李采，曾廣斌.納米粒子H】.化學通抿1995,6:29-31.【2】李良果，鄭慶龍，張克.納米柱子結構分析D】.化工新型材料，1991,19(12):1213.【3】草愛苗，廖雷.蚣米技術及納米材料在環(huán)境治理中的應用n】.中山大學學報(自然科學版)，2004.43(增刊)：225-228.【4】楊健森.蛹米環(huán)保技術的發(fā)展現狀與前景01.科技通報，2002,18(4):340-343.【5】馬榮萱，李繼忠.納來技術及其材料在環(huán)境保護中的應用n】.環(huán)境科學與技術，2006.29f7)