《環(huán)境工程概論》論文：納米技術(shù)與環(huán)境保護(hù)

1、PAGE 11 -環(huán)境工程概論論文：納米技術(shù)與環(huán)境保護(hù)納米技術(shù)( Naanottechhnollogyy )是是指在納納米（00.11000 nmm）尺度度范圍內(nèi)內(nèi)研究物物質(zhì)的特特性及其其相互作作用和運(yùn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)規(guī)律，并并利用這這些特性性為人類類服務(wù)的的技術(shù)，包包括納米米材料和和納米結(jié)結(jié)構(gòu)兩個(gè)個(gè)方面。目目前發(fā)展展較為成成熟的應(yīng)應(yīng)用技術(shù)術(shù)主要有有：納米米材料、納納米藥物物、納米米機(jī)械、納納米微電電子器件件等。被被稱之為為21世世紀(jì)前沿沿科學(xué)的的納米材材料和納納米技術(shù)術(shù)將對(duì)環(huán)環(huán)境保護(hù)護(hù)產(chǎn)生深深遠(yuǎn)的影影響，有有著廣泛泛的應(yīng)用用前景，甚甚至?xí)母淖內(nèi)藗儌兊膫鹘y(tǒng)統(tǒng)環(huán)保觀觀念利利利用納米米材料和和納米技技術(shù)

2、解決決污染問問題將成成為未來來環(huán)境保保護(hù)發(fā)展展的必然然趨勢(shì)。一、噪聲污污染控制制飛機(jī)、車輛輛、船舶舶等發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)工作作的噪聲聲可達(dá)到到上百分分貝，容容易對(duì)人人造成危危害，但但當(dāng)機(jī)器器設(shè)備等等被納米米技術(shù)微微型化以以后，其其互相撞撞擊、磨磨擦產(chǎn)生生的交變變機(jī)械作作用力將將大為減減小，噪噪聲污染染可得到到有效控控制。運(yùn)運(yùn)用納米米技術(shù)開開發(fā)的潤(rùn)潤(rùn)滑劑，既既能在物物體表面面形成永永久性的的固態(tài)膜膜，產(chǎn)生生極好的的潤(rùn)滑作作用，可可以大大大降低機(jī)機(jī)器設(shè)備備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)的噪聲聲，又能能延長(zhǎng)它它的使用用壽命。納米粒子的的抗摩減減摩機(jī)理理主要通通過以下下3條途途徑實(shí)現(xiàn)現(xiàn)：1類似“微微軸承”作作用，減減少摩擦擦阻力，降

3、降低摩擦擦系數(shù)；2在摩擦擦條件下下，納米米微粒在在摩擦副副表面形形成了一一個(gè)光滑滑保護(hù)層層；3填充摩摩擦副表表面的微微坑和損損傷部位位，起修修復(fù)作用用。 納米微微粒添加加劑的作作用機(jī)理理不同于于傳統(tǒng)添添加劑，與與其本身身所具有有的納米米效應(yīng)有有在摩擦擦過程中中，因摩摩擦表面面局部溫溫度高，尤尤其在高高負(fù)荷下下，納米米微粒極極有可能能處于熔熔化、半半熔化或或燒結(jié)狀狀態(tài)，從從而形成成一層納納米膜。另另外納米米微粒具具有極高高的擴(kuò)散散力和自自擴(kuò)散能能力(比體相相材料高高十幾個(gè)個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí))，容易易在金屬屬表面形形成具有有極佳抗抗摩性能能的滲透透層或擴(kuò)擴(kuò)散層，表表現(xiàn)出“原位摩摩擦化學(xué)學(xué)原理”(In-si

4、ttu ttribbochhemiicall trreammentt)。這這種機(jī)理理認(rèn)為，納納米添加加劑，尤尤其在高高負(fù)荷條條件下它它們的潤(rùn)潤(rùn)滑作用用不再取取決于添添加劑小小的元素素是否對(duì)對(duì)于基體體是化學(xué)學(xué)活性的的，而很很大程度度上決定定于它們們是否與與基體組組分形成成擴(kuò)散層層或滲透透層和固固溶體。納納米添加加劑的這這一性能能，解決決了潤(rùn)滑滑油和燃燃油添加加劑設(shè)計(jì)計(jì)上長(zhǎng)期期依賴SS、P、Cl等活活性元素素的狀況況，同時(shí)時(shí)解決了了S、P、Cl對(duì)基基體金屬屬造成的的腐蝕和和帶來的的環(huán)境問問題。二、固體廢廢棄物處處理納米技術(shù)及及材料應(yīng)應(yīng)用于固固體廢棄棄物處理理，其優(yōu)優(yōu)越性主主要體現(xiàn)現(xiàn)在以下下兩個(gè)方方

5、面：首先，納米米級(jí)處理理劑降解解固體廢廢棄物的的速度快快。例如如，納米米TiOO2降解解固體廢廢棄物的的速度為為常規(guī)TTiO22的100倍。納納米TiiO2具具有很強(qiáng)強(qiáng)的散射射和吸收收紫外線線的能力力，尤其其是對(duì)人人體有害害的中長(zhǎng)長(zhǎng)波紫外外線UVVA、UUVB(3200-4000nmm，2990-3320nnm)的的吸收能能力很強(qiáng)強(qiáng)，效果果比有機(jī)機(jī)紫外吸吸收劑強(qiáng)強(qiáng)得多，并并且可透透過可見見光，因因其無毒毒無味、無無刺激性性而廣泛泛用于化化妝品。在在對(duì)日本本銷售的的37種種防曬化化妝品的的分析中中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)其中大大多數(shù)均均含有納納米TiiO2。英英國Tiioxiide公公司將超超微細(xì)的的TiOO2

6、粉末末制成漿漿狀產(chǎn)品品以供化化妝品廠廠家使用用，美國國也開發(fā)發(fā)出了66種商品品化的無無機(jī)防曬曬劑。將將納米TTiO22應(yīng)用于于涂料中中可制成成特殊的的防紫外外線產(chǎn)品品，如汽汽車、輪輪船面漆漆的防老老化劑，防防紫外線線傘等。其次，利用用納米技技術(shù)可以以將橡膠膠塑料制制品、廢廢舊印刷刷電路板板制成超超細(xì)粉末末，除去去其中的的雜質(zhì)，將將其作為為再生原原料回收收。在日日本將廢廢橡膠輪輪胎制成成粉末用用于鋪設(shè)設(shè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)場(chǎng)、道路路以及新新干線的的路基等等。因此，納米米技術(shù)可可在很大大程度上上緩解固固體廢棄棄物給環(huán)環(huán)境帶來來的巨大大的壓力力也可以以減輕填填埋等傳傳統(tǒng)方式式所帶來來的二次次污染。 三、污廢水水處

7、理方方面納米過濾技技術(shù)納米過濾（NNanoo Fiiltrratiion，NNF）是是一種由由壓力驅(qū)驅(qū)動(dòng)的新新型膜分分離過程程，介于于反滲透透與超濾濾之間。納納濾膜的的孔徑范范圍在納納米級(jí)，其其相對(duì)分分子質(zhì)量量截留范范圍為數(shù)數(shù)百。納納濾的特特點(diǎn)：一一是在過過濾分離離過程中中，它能能載留小小分子的的有機(jī)物物并可同同時(shí)透析析出鹽，即即集濃縮縮與透析析為一體體；二是是操作壓壓力低，因因?yàn)闊o機(jī)機(jī)鹽能通通過納濾濾膜而透透析，使使得納濾濾的滲透透壓遠(yuǎn)比比反滲透透低。納納濾在工工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)過程中中資源的的回收或或工業(yè)廢廢水的處處理和循循環(huán)中有有著重要要的作用用。自清潔涂料料 最近發(fā)發(fā)現(xiàn)，TTiO22在紫外外光

8、照射射條件下下，表面面結(jié)構(gòu)發(fā)發(fā)生變化化而具有有超親水水性，停停止紫外外光照射射，數(shù)小小時(shí)或77d后又又回到疏疏水性狀狀態(tài)，再再用紫外外光照射射，又表表現(xiàn)出超超親水性性。采用用間隙紫紫外光照照射，可可使表面面始終保保持超親親水性狀狀態(tài)。此此特性可可用于表表面防霧霧及自清清潔等方方面。鍍鍍有TiiO2的的表面因因?yàn)槠涑H水性性，使油油污不易易附著，即即使有所所附著，也也是和外外層水膜膜結(jié)合，在在外部風(fēng)風(fēng)力、水水淋沖及及自重作作用下能能自動(dòng)從從涂層表表面剝離離，從而而達(dá)到防防污和自自清潔的的目的。將將TiOO2的光光催化性性能和超超親水性性結(jié)合應(yīng)應(yīng)用于玻玻璃、陶陶瓷等建建筑材料料，在醫(yī)醫(yī)院、賓賓館

9、和家家庭中具具有廣闊闊的應(yīng)用用前景。四、納米光光催化技技術(shù) 光催化降解解是一項(xiàng)項(xiàng)新興的的頗有發(fā)發(fā)展前途途的廢水水處理技技術(shù)，它它是指污污染物在在光照下下，通過過催化劑劑實(shí)現(xiàn)分分解。常常用的光光催化劑劑有TiiO2，ZZnO，CCdS，SSnO22，F(xiàn)ee2O33等。納納米顆粒粒由于具具有常規(guī)規(guī)顆粒所所不具備備的納米米效應(yīng)而而具有更更高的催催化活性性。光催化消毒毒劑 納米米TiOO2經(jīng)光光催化產(chǎn)產(chǎn)生的空空穴和形形成于表表面的活活性氧類類能與細(xì)細(xì)菌細(xì)胞胞或細(xì)胞胞內(nèi)的組組成成分分進(jìn)行生生化反應(yīng)應(yīng)，使細(xì)細(xì)菌頭單單元失活活而導(dǎo)致致細(xì)胞死死亡，并并且使細(xì)細(xì)菌死亡亡后產(chǎn)生生的內(nèi)毒毒素分解解。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果表表明

10、，將將TiOO2涂覆覆在玻璃璃、陶瓷瓷表面，經(jīng)經(jīng)室內(nèi)熒熒光燈照照射1hh后可將將其表面面99%的大腸腸桿菌、綠綠膿桿菌菌、金色色葡萄球球菌殺死死。這種種瓷磚若若用于醫(yī)醫(yī)院，則則覆著于于墻面上上的細(xì)菌菌數(shù)和空空氣中的的浮游菌菌數(shù)明顯顯下降；若用于于衛(wèi)生間間，則可可明顯降降低氨氣氣濃度。日日本最近近開發(fā)出出用于TTiO22覆被的的抗菌陶陶瓷，在在光照下下可完全全殺死其其表面的的細(xì)菌。最最近福州州大學(xué)也也研制出出堅(jiān)固的的摻雜TTiO22膜的陶陶瓷材料料，對(duì)大大腸桿菌菌和空氣氣中的浮浮游菌具具有穩(wěn)定定的殺滅滅作用和和抑制細(xì)細(xì)菌生長(zhǎng)長(zhǎng)的能力力。近年年來不斷斷研究開開發(fā)出含含有超細(xì)細(xì)TiOO2，ZZnO等

11、等微粉的的抗菌除除臭纖維維，不僅僅用于醫(yī)醫(yī)療，而而且還可可制成抑抑菌防臭臭的高級(jí)級(jí)紡織品品、衣服服、圍裙裙及鞋襪襪等。自自19776年CCaryy J.H.等等人報(bào)道道了在紫紫外光照照射下，納納米TiiO2可可使難降降解的有有機(jī)化合合物多氯氯聯(lián)苯脫脫氯的光光催化水水處理技技術(shù)后，引引起了各各國眾多多研究者者的普遍遍重視。迄迄今為止止，已經(jīng)經(jīng)發(fā)現(xiàn)有有30000多種種難降解解的有機(jī)機(jī)化合物物可以在在紫外線線的照射射下通過過納米TTiO22或ZnnO而迅迅速降解解，特別別是當(dāng)水水中有機(jī)機(jī)污染物物濃度很很高或用用其他方方法很難難降解時(shí)時(shí)，這種種技術(shù)有有著明顯顯的優(yōu)勢(shì)勢(shì)。美國國、日本本、英國國等已有有將

12、納米米TiOO2光催催化技術(shù)術(shù)實(shí)際應(yīng)應(yīng)用于水水處理的的報(bào)道。五、納米吸吸附材料料由于納米材材料所具具有的表表面效應(yīng)應(yīng)，使納納米材料料具有高高表面活活性、高高表面能能和高比比表面積積，所以以納米材材料在制制備高性性能吸附附材料方方面表現(xiàn)現(xiàn)出巨大大的潛力力。一種種新型的的納米級(jí)級(jí)凈水劑劑具有很很強(qiáng)的吸吸附能力力。它的的吸附能能力和絮絮凝能力力是普通通凈水劑劑三氯化化鋁的110220倍。因因此，它它能將污污水中懸懸浮物完完全吸附附并沉淀淀下來，先先使水中中不含懸懸浮物，然然后采用用納米磁磁性物質(zhì)質(zhì)、纖維維和活性性炭?jī)艋b置，能能有效地地除去水水中的鐵鐵銹、泥泥沙及異異味等。經(jīng)前兩道凈化工序后，水體

13、清澈，沒有異味，口感也較好。再經(jīng)過帶有納米孔徑的特殊水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，完全可以飲用。據(jù)李明等報(bào)道，某公司采用納米材料用于污水處理凈化劑、絮凝劑和殺菌消毒劑中，這些納米材料形成的多元復(fù)合新型超高效水處理劑，不僅治污效果好，而且縮短了工藝流程、降低了藥劑費(fèi)用。（一）納米米材料在在空氣凈凈化中的的應(yīng)用納米材料在在處理空空氣污染染方面有有廣闊的的應(yīng)用前前景，因因其具有有較小的的顆粒尺尺寸，而而且納米米微粒表表面形態(tài)態(tài)隨著粒粒徑的減減小，表表面光滑滑程度變變差，形形成了凹凹凸不平平的原子子臺(tái)階，從從而起到到以下三三

14、個(gè)方面面的作用用：1）提提高反應(yīng)應(yīng)速度，增增加反應(yīng)應(yīng)率；22）決定定反應(yīng)路路徑，良良好的選選擇性；3）降降低反應(yīng)應(yīng)溫度。1二氧化化碳排放放的控制制二氧化碳減減排方面面目前有有5種技技術(shù)選擇擇：選擇擇新的能能源、提提高能源源效率、二二氧化碳碳固定、二二氧化碳碳分離以以及二氧氧化碳利利用。而而在技術(shù)術(shù)層面，主主要是采采用新的的生產(chǎn)工工藝和新新型的催催化劑，以以提高反反應(yīng)效率率。例如如，用燃燃煤發(fā)電電產(chǎn)生的的二氧化化碳合成成液體車車用燃料料降低二二氧化碳碳排放的的Carrnoll工藝，就就是采用用了納米米結(jié)構(gòu)的的甲醇合合成催化化劑，取取得了很很好的效效果。2空氣中中硫氧化化物的凈凈化納米技術(shù)的的催化

15、效效率極高高。經(jīng)它它催化的的石油中中硫的含含量小于于0.001%。在在燃料燃燃燒的同同時(shí)加入入納米級(jí)級(jí)催化劑劑不僅可可以使煤煤充分燃燃燒, 不產(chǎn)生生一氧化化硫氣體體, 提提高能源源利用率率, 而而且會(huì)使使硫轉(zhuǎn)化化成固體體的硫化化物。 3汽車尾尾氣凈化化納米級(jí)催化化劑用于于汽車尾尾氣催化化，有極極強(qiáng)的氧氧化還原原性能，使使汽油燃燃燒時(shí)不不再產(chǎn)生生一氧化化硫和氮氮氧化物物，根本本無需進(jìn)進(jìn)行尾氣氣凈化處處理。而而用納米米復(fù)合材材料制備備與組裝裝的汽車車尾氣傳傳感器, 通過過汽車尾尾氣排放放的監(jiān)控控, 可可及時(shí)對(duì)對(duì)超標(biāo)排排放進(jìn)行行報(bào)警, 并通通過調(diào)整整合適的的空燃比比, 減減少富油油燃燒，達(dá)達(dá)到降低低

16、有害氣氣體排放放和燃油油消耗的的目的。納納米稀土土鈦礦型型復(fù)合氧氧化物對(duì)對(duì)汽車尾尾氣所排排放的NNO，CCO 等等具有良良好的催催化轉(zhuǎn)化化作用, 可以以替代昂昂貴的重重金屬催催化劑用用作汽車車尾氣催催化劑。將將合成的的納米介介孔結(jié)構(gòu)構(gòu)的碳分分子篩應(yīng)應(yīng)用于催催化柴油油的吸附附改質(zhì)，也也具有非非常優(yōu)越越的性能能。3.1汽車車尾氣凈凈化催化化劑最新研究成成果表明明，復(fù)合合稀土化化合物的的納米級(jí)級(jí)粉體有有極強(qiáng)的的氧化還還原性能能，這是是其他任任何汽車車尾氣凈凈化催化化劑東歐歐不能比比擬的。它它的應(yīng)用用可以徹徹底解決決汽車尾尾氣中一一氧化碳碳（COO）和氮氮氧化物物（NOOx）的的污染問問題。以以活性炭

17、炭作為載載體，納納米Zrr0.55Ce00.5OO2粉體體為催化化活性體體的 汽汽車尾氣氣凈化催催化劑 ，由于于其表面面存在ZZr4+/Zrr3+及及Ce44+/CCe3+電子可可以在其其3價(jià)和和4價(jià)之之間傳遞遞，因此此具有極極強(qiáng)的電電子得失失能力和和氧化還還原性，在在加上納納米材料料比表面面大，空空間懸鍵鍵多，吸吸附能力力強(qiáng)，因因此它在在氧化一一氧化碳碳的同時(shí)時(shí)還還原原氮氧化化物，使使它們轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為對(duì)對(duì)人體和和環(huán)境無無害的氣氣體二氧化化碳和氮氮?dú)??？瓶茖W(xué)工作作者研制制的更新新一代的的納米催催化劑，將將在汽車車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)汽缸發(fā)發(fā)揮催化化作用，是是汽油在在燃燒時(shí)時(shí)就不產(chǎn)產(chǎn)生COO和NOOx，從從而我

18、、無無需進(jìn)行行尾氣凈凈化處理理。3.2石油油脫硫催催化劑工業(yè)用及車車用燃料料油是最最大的二二氧化碳碳污染源源，燃料料油中的的含硫化化合物在在燃燒后后會(huì)產(chǎn)生生SO22，所以以石油煉煉制工業(yè)業(yè)有脫硫硫工藝以以降低汽汽柴油的的硫含量量。采用用半徑為為55-70nnm的鈦鈦酸鈷（CCoTii3）作作為催化化活體，以以多孔硅硅膠或AAl2OO3陶瓷瓷作為載載體的催催化劑進(jìn)進(jìn)行脫硫硫，其催催化效率率極高。采采用沉淀淀溶出法法制備的的粒徑約約30-60nnm的白白色球狀狀鈦酸鋅鋅粉體，該該粉體比比表面積積大，化化學(xué)性高高，用它它作吸附附脫硫劑劑，較固固相燒結(jié)結(jié)法制備備的鈦酸酸粉提效效果明顯顯提高。經(jīng)經(jīng)催化的

19、的石油中中硫的含含量小于于0.001%，達(dá)達(dá)到國際際標(biāo)準(zhǔn)。3.3納米米燃油添添加劑納米技術(shù)為為添加劑劑市場(chǎng)開開辟了新新的市場(chǎng)場(chǎng)機(jī)遇。北北京大學(xué)學(xué)博雅公公司利用用納米技技術(shù)研制制開發(fā)出出NANNO牌納納米燃油油添加劑劑，采用用液相納納米技術(shù)術(shù)生產(chǎn)的的燃油添添加劑。以以納米級(jí)級(jí)的微爆爆使燃油油二次霧霧化，與與空氣混混合均勻勻、充分分，使燃燃燒進(jìn)行行更徹底底，可廣廣泛應(yīng)用用于工業(yè)業(yè)和商業(yè)業(yè)用汽油油、柴油油和重油油等。納米燃油添添加劑還還可以大大幅增加加動(dòng)力，降降低燃油油消耗，提提高發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)性能能并延長(zhǎng)長(zhǎng)其壽命命，減少少尾氣中中有害物物質(zhì)的排排放，保保護(hù)環(huán)境境。該添添加劑采采用創(chuàng)新新的納米米微乳化化技

20、術(shù)生生產(chǎn)的新新一代多多用途燃燃油添加加劑，可可以全面面解決辛辛烷值強(qiáng)強(qiáng)化劑、清清潔劑和和皆有添添加劑所所單獨(dú)解解決的問問題，還還可以整整體改善善發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)的性能能，是一一種全新新概念的的具有綜綜合性能能的第四四代環(huán)保保型燃油油添加劑劑。納米米燃油添添加劑可可降低發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)對(duì)辛烷值值的要求求、提高高動(dòng)力性性能、節(jié)節(jié)約燃油油、降低低排污、改改善車輛輛性能。3.4煤炭炭用助燃燃催化劑劑工業(yè)用煤燃燃燒后也也會(huì)產(chǎn)生生SO22氣體，在在燃料燃燃燒時(shí)，加加入一種種納米級(jí)級(jí)催化劑劑，不僅僅可以使使煤充分分燃燒，提提高能源源利用率率，而且且會(huì)使硫硫轉(zhuǎn)化成成固體的的硫化物物，不產(chǎn)產(chǎn)生二氧氧化硫氣氣體，從從而杜絕絕有害氣氣體的產(chǎn)產(chǎn)生。室內(nèi)空氣凈凈化納米TiOO2 經(jīng)經(jīng)光催化化產(chǎn)生的的空穴和和形成于于表面的的活性氧氧化膜能能與細(xì)菌菌細(xì)胞或或細(xì)胞內(nèi)內(nèi)組成成成分進(jìn)行行生化反反應(yīng), 使細(xì)菌菌頭單元元失活而而導(dǎo)致細(xì)細(xì)胞死亡亡, 并并且使細(xì)細(xì)菌死亡亡后產(chǎn)生生的內(nèi)毒毒素分解解，即利利用納米米TiOO2 的的光催化化性能不不僅能殺殺死環(huán)境境中的細(xì)細(xì)菌, 而且能能同時(shí)降降解由細(xì)細(xì)菌釋放放出的有有毒復(fù)合合物。 4環(huán)境污