納米技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

1、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

2、降解進(jìn)行研究，結(jié)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(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑等污染物轉(zhuǎn)化成CO;和H2O等無害物質(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,H 20及一些其它的簡(jiǎn)單無機(jī)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9.87 x 10 “一10.46 '10 6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

3、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(shù)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(jī)物完全礦化，且不存在二次污染2）處理無機(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、鉗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

4、為光催化劑，在陽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等無害物質(zhì)圖。例如 Pintar等在間歇式反應(yīng)器中納米 Ru/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1020倍，能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀

5、，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，在通過納米孔徑的膜和陶瓷小球時(shí)，會(huì)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。 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

6、： 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淼沫h(huán)境 污染問題，而且使廢氣等有害物質(zhì)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(duì)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(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 備與組裝的汽車尾氣傳感器問，通過汽車尾氣排放的監(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)汽車尾氣所排放的NO、CO等具有良好的催化轉(zhuǎn)化作用

7、，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(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

8、學(xué)傳感器，用來監(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0.2%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

9、在1 1 000mg/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，將來肯定能有廣泛的應(yīng)用1221Ti O: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 1 100c下工作，因此主要用 來監(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 350-800C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)

10、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)境帶來的壓力。3）防止電磁輻射近年來電磁場(chǎng)對(duì)人體健康的影響問題已經(jīng)成為一個(gè)新的研

11、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，通過照 明節(jié)電可以帶來巨大的社會(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(yàn)證。結(jié)語：隨著納米科技和納米

12、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)境污染問題將成為未來環(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H】.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】草愛苗，廖雷.蚣米技術(shù)及納米材料在環(huán)境治理中的應(yīng)用n】.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.蛹米環(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.納來技術(shù)及其材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用n】.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2006. 29f7): 1