§2-幾種重要的環(huán)保納米材料

§2幾種重要的環(huán)保納米材料2.1納米TiO22.1.1在治理有機(jī)污染物方面的應(yīng)用納米TiO2光催化劑能有效地降解有機(jī)污染物，其機(jī)理就是通過催化劑表面產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的自由基致使有機(jī)物氧化分解．最終使之礦化。因這種氧化作用無選擇性，且有較高的分解效率，所以環(huán)境中的多種有機(jī)污染物均可被氧化分解而消除。2.1.1.1鹵代有機(jī)化合物鹵代有機(jī)化合物包括鹵代脂肪烴、鹵代芳香烴和鹵代脂肪酸等。這類物質(zhì)在美國和歐共體公布的環(huán)境優(yōu)先污染物黑名單中占有相當(dāng)大的比例。由于其種類繁多、應(yīng)用廣泛、對人類和其他生物毒性較強(qiáng)、對自然環(huán)境污染嚴(yán)重，因而研究其催化降解條件、機(jī)理及治理方法均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。Willie和Prudent等人分別用普通TiO2粉末進(jìn)行了鹵代脂肪烴、鹵代有機(jī)酸和鹵代芳烴的光催化降解實(shí)驗(yàn)研究，并詳盡探討了光催化降解機(jī)理。1992年，李田等人對飲用水中9種鹵代有機(jī)物進(jìn)行了光催化降解的實(shí)際和模擬研究，并得到了9種鹵代有機(jī)物的光催化降解半衰期，結(jié)果表明飲用水中多種有機(jī)物被同時(shí)去除，水質(zhì)得以全面改善。2.1.1.2染料農(nóng)藥分為除草劑和殺蟲劑，大都是有機(jī)磷、有機(jī)氯及含氮化合物。它們在大氣、土壤和水體中停留時(shí)間長，危害范圍廣，且難以降解，故其在自然界的環(huán)境化學(xué)行為深受人們的關(guān)注。1999年，鄭巍等人研究了由CMC—Na附載普通TiO2光催化降解農(nóng)藥的過程，降解率達(dá)50％以上，降解速率符合一級動力學(xué)方程，并探討了以自然光為光源催化降解咪呀胺的可行性。1996年，陳士夫等人以四異丙醇鈦為原料，用S—R法制備的TiO2，膠體，經(jīng)燒結(jié)后生成的粉末附載于玻璃纖維．對有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行了光催化降解研究。結(jié)果表明，濃度較低的有機(jī)磷農(nóng)藥在375W中壓汞燈照射下短時(shí)間內(nèi)被完全分解為磷酸根，效果顯著。光催化分解農(nóng)藥的優(yōu)點(diǎn)是它不會產(chǎn)生毒性更高的中間產(chǎn)物，這是其他方法所無法相比的。2.1.1.4表面活性劑表面活性劑在工農(nóng)業(yè)和人們生活中有著廣泛的應(yīng)用，已對水環(huán)境造成嚴(yán)重污染。由于其影響廢水的生化處理．且進(jìn)入人體后能加快肝臟合成膽固醇的速度，所以如何去除水體中的表面活性劑已引起人們的重視。目前去除水體中表面活性劑的主要方法有泡沫分離法、絮凝分離法和吸附法等，但這些方法對低濃度表面活性劑廢水的處理效果不能令人滿意。而采用納米TiO2光催化分解表面活性劑的研究已為人們所關(guān)注，并對一些表面活性劑光解處理取得了較好的效果。2.1.1.5其他有機(jī)化合物對于酚類、多環(huán)芳烴、雜環(huán)及含氮化合物的光催化降解，也進(jìn)行過相關(guān)的研究。Oliveira等人對苯酚的光催化機(jī)理進(jìn)行了深入地研究，并提出了光催化氧化模式。2000年，王曉平等人曾用自制的納米TiO2粉末對苯酚進(jìn)行了光解研究，效果較為顯著。對于多環(huán)芳烴及雜環(huán)芳烴等因其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，產(chǎn)物種類多，對其光解機(jī)理還不很清楚，有待于進(jìn)一步研究。2.1.2在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用納米TiO2粒子在紫外光照射下產(chǎn)生載流子(電子、空穴對)，空穴能分解周圍的水產(chǎn)生活性羥基自由基－OH，電子能使空氣中的氧還原成活性氧離子，因而顯示出極強(qiáng)的氧化能力。油污、細(xì)菌、惡臭分子等被吸附在納米TiO2，粒子的表面而分解成CO2和H20等無害物質(zhì)。因此納米TiO2在環(huán)境凈化方面有著廣泛的應(yīng)用。日本在這一領(lǐng)域的開發(fā)研究起步較早，東京大學(xué)的藤島昭教授等人在1993年就提出了將TiO2光催化劑應(yīng)用于環(huán)境凈化的建議，外加20世紀(jì)90年代日本實(shí)施了凈化空氣的惡臭管理法，當(dāng)時(shí)在日本掀起了大氣凈化、除臭、防污、抗菌、防霉和開發(fā)無機(jī)抗菌劑的所謂“光凈化革命”的熱潮，TiO2光催化劑的應(yīng)用開發(fā)研究受到廣泛的重視。此后一些環(huán)境凈化產(chǎn)品相繼問世，如在空氣凈化方面：室內(nèi)用產(chǎn)品有抗菌瓷磚、抗菌衛(wèi)生陶瓷、除臭照明燈具、防污除臭日光燈、除臭殺菌空氣清凈器、除臭板、除臭紙和布等；室外用產(chǎn)品有NO除去板、防污頂棚、防污隧道照明裝置。水質(zhì)凈化方面的產(chǎn)品有泄漏油處理用的油分離玻璃珠、地下水及下水道污水處理用的有機(jī)氯化物催化劑以及防水生生物附著用的玻璃纖維布等。近年來，我國也開始將納米TiO2光催化劑應(yīng)用于環(huán)境凈化方面的研究，有些產(chǎn)品已經(jīng)面世．相信幾年后我國將在這一領(lǐng)域取得顯著成就。2.2納米級稀土鈣鈦礦復(fù)合氧化物2.2.1治理大氣污染隨著人們生活水平的提高，交通工具越來越發(fā)達(dá)，汽車擁有量越來越多，汽車所排放的尾氣已成為污染大氣環(huán)境的主要來源之一。汽車尾氣的治理已成為各國政府亟待解決的難題。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，納米級稀士鈣鈦礦型復(fù)合氧化物AB03對汽車尾氣所排放的CO、NO和HC具有良好的催化轉(zhuǎn)化作用。把它作為活性組份負(fù)載于蜂窩狀堇青石載體上制成的汽車尾氣催化劑三元催化效果較好，價(jià)格便宜，可以替代昂貴的貴金屬催化劑。近年來，很多稀土鈣鈦礦型復(fù)合氧化物已經(jīng)膨潤土吸附電力行業(yè)絕緣油在國外很盛行；海上油船泄漏的油浮在海面上，國外是在其上撒吸附劑后結(jié)塊清除。2.3.2.4用膨潤土做洗滌用品用膨潤土洗滌羊毛等在古羅馬、古埃及公元前3000年已開始，現(xiàn)代洗滌劑摻入一定量的膨潤土，可增加其洗潔力度。2.3.3在廢氣處理中的應(yīng)用2.3.3國外用膨潤土制成汽車排氣管、過濾器，主要是充分利用膨潤土的吸附性。2.3.3用膨潤土代替活性炭可降低卷煙中含有的焦油、自由基、尼古丁等對人體的危害。2.3.4膨潤土在軟水劑、澄清劑中的應(yīng)用2.3.42.3.42.3.4.3膨潤土可使硬水軟化。2.3.5膨潤土做防滲材料可抵御海水對淡水、土地的鹽化2.4聚氨酯材料2.4.1綠色溶劑即無毒或可以生物分解的溶劑(如丙酮、雙戊烯、乳酸乙酯、乙醇等)。美國Morton公司開發(fā)的以聚醚多元醇為基礎(chǔ)的HAS系列膠粘劑即為以乙醇為主溶劑的混合溶劑型(綠色溶劑)膠粘劑。2.4.2聚氨酯性質(zhì)穩(wěn)定，不能在自然環(huán)境中較快降解，從而造成環(huán)境污染，因此研究開發(fā)可降解聚氨酯勢在必行。纖維素、木質(zhì)素是可再生資源，具有完全生物降解性，故可以用于合成可降解聚氨酯。以木質(zhì)素為原料制備聚氨酯，關(guān)鍵在于提高木質(zhì)素與異氰酸酯之間的反應(yīng)程度，而提高木質(zhì)素在聚氨酯中的反應(yīng)活性，主要在如何提高醇羥基的數(shù)量．用甲醛或環(huán)氧丙烷等對木質(zhì)素進(jìn)行改性，用改性木質(zhì)素合成聚氨酯可以制得性能良好的聚氨酯，同時(shí)也降低了聚氨酯的生產(chǎn)成本。有研究表明：直接用樹皮作為羥基組分可以制得剛性很強(qiáng)的聚氨酯泡沫，并且省去了復(fù)雜的提取工藝，此外，也可使用合成聚酯多元醇制備可降解聚氨酯。2.5銀系抗菌劑銀系抗菌劑主要用于陶瓷、搪瓷面釉中，燒成后使其保持抗菌性能，既可以噴涂到日