纳米材料在制氢中的应用

第一篇：纳米材料在制氢中的应用

纳米材料在制氢中的应用

聂胜

6100509061 管理科学与工程类092班

【摘要】纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

【关键字】纳米材料；纳米技术；纳米材料在制氢中的作用；应用；前景

【正文】0、引言：有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行研究，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。世界各国正在争抢纳米技术领域的制高点，使自己在纳米材料领域处于领先地位。

1、纳米材料

1．1纳米材料的定义

随着纳米材料也来越广泛的应用，纳米材料已经进入人们的生活，纳米材料正在被许多人熟知，很多人都逐渐地知道了纳米材料，了解它是一种高分子材料，然而却很少有人知道纳米材料的定义，对它的本质不了解。

纳米(nm)和米、微米等单位一样，是一种长度单位，一纳米等于十的负九次方米，约比化学键长大一个数量级。纳米科技是研究由尺寸在0.1至100纳米之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。

纳米材料的定义是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域，实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中，在结构上有序度的变化，在状态上的非平衡性质，使体系的性质产生很大的差别，对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。1．2纳米材料的分类

（1）按维数或结构来分，纳米材料的基本单元可以分为四类：零维纳米材料；一维纳米材料；二维纳米材料；三维纳米材料。

（2）按材料物性划分，纳米材料可分为：纳米半导体；纳米磁性材料；纳米非线性光学材料；纳米铁电体；纳米热电材料；纳米光电材料；纳米超导材料。（3）按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；纳米储能材料。

（4）按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；储能材料。

（5）按化学组分划分，纳米材料可划分为：纳米金属；纳米晶体；纳米陶瓷；纳米玻璃；纳米高分子；纳米复合材料。

2、纳米科技

纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。

纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。

3、纳米材料在制氢中的应用

3.1 纳米材料在许多领域正在发挥其特性，例如纳米技术在陶瓷领域方面的应用、纳米技术在微电子学上的应用、纳米技术在生物工程上的应用、纳米技术在光电领域的应用、纳米技术在化工领域的应用、纳米技术在医学上的应用、纳米技术在分子组装方面的应用，由此可见，纳米材料正在各个领域发挥其特性优势，在改变一些产业结构。同样，纳米材料在制氢中也发挥了它的特点，从而改变了一些传统的制氢工艺，使制氢产业得到迅猛的发展。

随着社会的发展，能源消耗越来越多，在不久的将来，我们将面临着严重的能源危机，世界各国都在寻找一种清洁能源，从而来取代现在的能源，并在寻找生产这种能源的最佳方法。氢气被公认为未来理想的能源，因而如何把生产氢能工业化、产量化便成了各国解决能源危机的途径，于是各国在积极寻找制氢的最佳方法。目前的主要一些制氢方法是生物制氢、化学制氢、纳米材料制氢等，其中使用碳纳米材料作催化剂来制氢是目前比较先进和常用的的一种制氢方法。碳纳米材料（包括零维、一维、二维碳纳米材料以及碳纳米孔材料）是一类新型的催化剂或催化剂载体材料，在氧化脱氢、选择加氢、合成氨、氨分解制氢以及燃料电池等多相催化领域具有广阔的应用前景。

3.2 下面举一例进行说明。

半导体光解水制氢是一种新型的具有低成本和环境友好等优点的方法,对未来制氢工业具有重要的意义。半导体TiO_2相对于其它半导体具有稳定、耐腐蚀、环境友好等优点。但以TiO_2为半导体利用太阳能进行光解水制氢时,因TiO_2只能吸收占地表太阳光能量仅4%左右的紫外光,而不能吸收地表太阳光中的主要成分可见光,因此,对太阳能的利用效率非常低。当以自制的纳米TiO_2负载Pt并用酞菁染料敏化得到的产物为可见光催化剂,进行了光催化分解水制氢的研究,并成功实现了可见光分解水制氢。采用溶胶凝胶法(S-G)以钛酸四丁酯作为前驱物,乙醇作为溶剂以及硝酸作为抑制剂制取纳米TiO_2。探讨了钛酸四丁酯的浓度和陈化时间等制备工艺条件对TiO_2粒径的影响。结果表明,在室温环境下,最佳的制备工艺条件为钛酸四丁酯:水:硝酸:乙醇的质量比为8: 25: 3: 44,搅拌时间为5小时,陈化时间为3天,所得到纳米TiO_2溶胶的平均粒径约在10nm以下,粒径分布在5～40nm。对制得的TiO_2粉体进行了X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征。结果表明,TiO_2粉体粒径处在纳米级,为单一的锐钛矿型,其晶胞粒径为9.9 nm。将自制的锐钛矿型TiO_2进行Pt负载得到了Pt/TiO_2,用酞菁铜四磺酸四钠敏化Pt/TiO_2得到光催化剂CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2。对Pt/TiO_2进行XPS表征,结果表明分散于TiO_2表面的Pt晶粒是以Pt0价态存在。对Pt/TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2进行了X射线衍射分析(XRD)和扫描电子显微镜分析(SEM),结果表明,TiO_2经负载Pt、焙烧、染料敏化、烘干等过程晶型无变化;TiO_2经负载Pt、焙烧过程后,晶胞粒径增大,为17.3nm;Pt/TiO_2经染料敏化、烘干过程后,TiO_2的晶胞粒径几乎没变。对TiO_2和CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2粒子进行DRS表征,结果表明TiO_2粒子吸收光的范围在300～400nm,主要在紫外光区,在可见光区几乎没有吸收,而CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2在600～700nm的可见光范围内存在明显的吸收,表明酞菁铜四磺酸四纳敏化能有效将TiO_2的吸收光谱拓展至可见光区。以CuPc(SO_3Na)_4/Pt/TiO_2为光催化剂,在可见光源下进行了光解水制氢反应性能的研究,探讨了光催化剂、Pt负载、染料以及给电子体用量等因素对产氢速率的影响。结果表明,光催化剂中Pt负载质量百分数为0.4%和酞菁铜四磺酸四钠的质量百分数为0.2%,给电子体KI的浓度为0.2 mol/L,光催化剂用量为0.8g/L时,光解水产氢速率最高,为1.4μmol/h。这是酞菁染料敏化纳米TiO_2光解水制氢的研究。

纳米材料的特性既不同于原子，又不同于结晶体，可以说它是一种不同于本体材料的新材料，其物理化学性质与块体材料有明显差异。主要表现在：纳米材料性能表现出强烈的尺寸依赖性 当粒子尺寸减小到纳米级的某一尺寸时，则材料的物性会发生突变，与同组分的常规材料的性能完全不同，且同类材料的不同性能有不同的临界尺寸，对同一性能，不同材料相应的临界尺寸也有差异，所以当物质的粒子尺寸达到纳米数量级时，将会表现出优于同组分的晶态或非晶态的性质。纳米材料的量子尺寸效应使纳米材料具有：高度光学非线性；特异性催化和光催化性；强氧化性与强还原性。用这一特性可制得光催化剂、强氧化剂与强还原剂。这也决定的纳米材料具有催化剂的优势和特点。

4、纳米材料的发展前景

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。

参考文献

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Nanomaterials in the application of hydrogen

NIE Sheng 6100509061 Management science and engineering 092 Class

【 Abstract 】 Nanoscience is a goalkeeper of basic science and applied science set in one of the emerging science, mainly including nano-electronics and nano-materials and nano-biology, etc.21 century is the era of nano-technology.Application of nano-materials related to various fields, mechanical, electronic, optical, magnetic, chemical and biological areas has a broad application prospects.The birth of Nano Science and technology, the human society have a profound impact, and potentially solve many of the problems facing humanity, especially energy, human health and the environment protection and other major issues.【 Key Words】 nanomaterials;nanotechnology;nano-materials in the role of hydrogen;application;prospect

第二篇：纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料在现实生活中的应用

提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米技术，可能很多人并不一定清楚。著名的诺贝尔奖获得者 Feyneman在 20世纪 60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，简写是nm，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。

纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。然而我们将就纳米技术在现实生活中的应用来看看纳米技术的应用前景。

关于纳米技术在显示生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在生活中的存在和应用也很普遍。纳米材料的莲花效应。莲花虽生长于池塘的淤泥中，但它露在水面上的莲花荷叶却出污泥而不染，美丽而洁净，它可说是运用自然的纳米科技来达成自我洁净的最佳实例。照理说荷叶的基本化学成分?多醣类的碳水化合物，有许多的羟基（-OH）、（-NH）等极性原子团，在自然环境中很容易吸附水分或污垢。但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠，且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净。经过科学家的观察研究，在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此细致的表面的结构与粗糙度??微米至纳米尺寸的大小。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，藉由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在。利用了莲花效应，中国是在世界上第一个做出仿荷叶结构的防水纳米布的国家，是中科院化学所做出来的。用颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯水分散液，浸轧，光照。使颗粒粘结在纤维表面上，形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，即疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。我们用这种材料做成衣服，就会防水。如果用这种材料处理玻璃，做成表面凸凹不平的结构，看起来没有任何问题，但不会结雾，不会沾水。可以从荷叶超强的疏水性，我们可以制作类似荷叶上有纳米材料的雨伞，就像“荷叶面”雨伞，撑雨疏水，抖水即干，不必担心带到室内会滴水了。

常见纳米材料

1、纳米阻燃剂。纳米阻燃剂可分为无机纳米微粒阻燃剂和纳米复合物阻燃剂两种。无机阻燃剂是应用最早的阻燃剂,它具有无毒、低烟、不产生腐蚀性气体、无二次污染的优点。无机阻燃剂通常通过填充方式添加到高分子材料中,制备成高分子阻燃材料。传统的无机阻燃剂的粒径较大,而且不均匀,直接影响其阻燃性和其他性能,因此,为更好地发挥阻燃效果,无机阻燃剂的超细化将是今后的发展方向。采用纳米技术将无机阻燃剂微粒细化,使其粒径在纳米级范围,使微粒的大小和形态都更均匀,就能大大地减少阻燃剂的添加量,从而减轻对织物性能的影响,克服无机阻燃剂的最大缺点。超细化的氢氧化镁、二氧化二锑以及氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂,均已广泛应用于阻燃材料中。用其做窗帘，墙纸，遇上着火，既不会燃烧，也可以防患与未然。

2、纳米技术电池。所谓的纳米技术电池，就是在电池的制造过程中，采用纳米技术材料或者制造工艺，生产制造出具有特别高性能的电池产品。随着电子技术的高速发展，人们对电池的需求量愈来愈多，人们总是希望得到一种容量大、功率高、性能优、价格廉的电池。但是，由于客观实际的限制，在现实中的电池总是无法全面满足人们的要求。电池界的专家学者在孜孜不倦的追求着电池性能的提高，经历了一代又一代人的不懈努力。纳米级的物质被应用在电池的制造中，就会产生显著的特性。强大的比表面活性能量和良好的导电性能，在参与电化学反应的时候，纳米颗粒物质在极板内部形成新的活性物基核，改善和增强电极结构，极大地提高电极的电化学反应表面，降低了电化学反应的能垒。因此，纳米技术材料的应用可以显著的降低蓄电池的内阻，抑制蓄电池在充放电过程中，因为温度和电极极化等原因而导致的极板饨化，从而有效的提高电池的性能，使得蓄电池电化学反应的可逆性更好、充放电效率更高、功率更大、电池更加容易均衡一致、低温性能限制改善。因此，采用纳米技术材料的蓄电池，其容量比常规电池的容量高，寿命比常规电池寿命长，大电流工作能力比常规电池强，低温性能比常规电池优。纳米技术电池的显著优点更主要集中表现在电池使用的中后期。一般情况，纳米技术电池前期对容量及功率的改善效果只是常规电池的5%-15%，中期对容量及功率的改善效果比常规电池高出20%-30%，后期对容量及功率的改善效果比常规电池高出可以达到50%以上。新太纳米技术电池的种类有：纳米技术型免维护中低倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护烧结式超高倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护阀控式密封铅酸电池；纳米技术型锌镍动力电池。

3、纳米塑料。通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯酸类塑料等大塑料品种。对于这类塑料的改性，过去多是采用加入填充料的方式，首先是为了降低成本，后来是为了增加和增韧以得到工程塑料，并进一步向塑料功能化发展，通过添加料的方法得到具有导电、抗静电、热塑磁性和压敏等功能的塑料。纳米材料的出现，为天加型塑料提供了广阔的空间。通用塑料首当其冲，纳米技术最早就是用于通用塑料的改性。例如：纳米碳酸钙对高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸钙的质量分数为20%以下时，其耐冲击强度随加入碳酸钙的增加而增加，拉伸和弯曲强度也有所提高。在此，填料有一个最大加入百分比，即有一个加入最大值，而且，该值和碳酸钙的表修饰类型有关。未经地表面修饰处理的纳米碳酸钙填充体系的冲击强度随碳酸钙用量呈逐渐增加趋势，碳酸钙用量越多，材料冲吉加度越大。经表面处理后，材料的冲击强度随碳酸钙用量变化规律已完全改变。材料在低纳米碳酸钙含量（约4%~6%）时即实现增韧目的，冲击强度提高接近一倍，增韧效果显著；当碳酸钙用量进一步增加时，材料的冲击强度呈缓慢下降。几种表面处理剂对拉伸弯曲性能的影响基本相同；与处理体系相比，表面处理后材料的拉伸、弯曲性能并无明显改善。由处理和未经处理的两种试样冲击断面和断抽图SEM照片可知，经过处理体系的冲击断面上有较多牵伸结构，拉丝较多；基体上无明显可见裂纹，基体发生明显的塑性变形，吸收了大量能量。脆断面的电镜表明纳米粒子分布均匀，附聚团粒小。未经处理体系的冲击断面上出现有许多断裂裂纹，是导致冲击强度较低的原因；且未经处理的试样，粒子分布不均，附聚颗粒较大。

4、可以抗紫外线的纳米材料。研究和开发防紫外线的功能性织物，是目前国际化纤纺织业的重点。目前，传统的抗紫外线纺织品主要采用共混熔融纺丝法，该方法将抗紫外添加剂与成纤聚合物共混并一同进行熔融纺丝，抗紫外添加剂多为有机化合物，存在一定的毒性和刺激性，容易造成皮肤化学性过敏。近年来无机紫外线遮蔽剂的研究突飞猛进，纳米TiO2是其中优秀代表。上海交大“纳米氧化钛（TiO2）抗紫外纤维”通过了上海市科委组织的专家鉴定，纳米TiO2具有较高的化学稳定性、热稳定性、无味、无毒、无刺激性，使用安全，尤其是吸收紫外线能力强，对UVA区和UVB区紫外线都有屏蔽作用，可见光透过率大。采用该项目具有自主知识产权的纳米氧化钛与聚酯原位聚合方法，制备纳米TiO2/聚酯复合材料，真正实现了纳米颗粒在高聚物中的纳米级分散，不仅提高了纺丝效率，而且使材料的力学、热学性能得到了较大提高，织物的紫外线屏蔽指数大于50,在280~400纳米波段紫外线屏蔽率大于95%，紫外线透过率小于3%。据悉，该项目成果可广泛应用于生产帐篷、遮阳伞、夏季女装、野外工作服、训练服、运动服、窗帘织物、广告布等。采用本技术的抗紫外织物还具有防暑、隔热、触感凉爽的性能，特别适宜织造高档T恤衫、运动服、训练服等夏季凉爽面料。据统计，世界功能性纺织品的需求量超过500亿米，我国功能纺织品的需求量近50亿米。纳米TiO2抗紫外纤维技术市场前景将非常广阔。

纳米材料的应用

一、生物学中。纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。如在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20 nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质,特别是酶,从而控制生化反应[8]。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。以纳米尺寸去认识生物大分子的精细结构及功能的联系,按人类的意愿进一步裁剪和嫁接,制造出具有特殊功能的生物大分子。生物基因工程由于纳米技术的运用而变得更加可控,人类可以自己控制所需要的生物产品,农、林、牧、副等行业以及人类的食品结构也会随之发生重要变革,用纳米生物工程、纳米化学工程合成的“食品”将极大丰富食品的数量和种类。

(2)医学中。研究人员发现,生物体内的RNA蛋白质复合体,其线度在15~20nm之间,并且生物体内的多种病毒也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小,因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子注入到血液中,输送到人体的各个部位,将可以作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米SiO2微粒进行了细胞分离,用金的纳米粒子进行定位病变治疗,以减少副作用等。另外,利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展,现在已用于临床动物实验,估计不久的将来即可服务于人类。

研究纳米技术在生命医学上的应用,可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系,获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人,在血液中循环,对身体各部位进行检测、诊断,并实施特殊治疗,疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物,甚至可以用其吞噬病毒,杀死癌细胞。这样在不久的,将来被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解,从而将使医学研究发生一次革命。

二、纳米材料在环保方面的应用

纳米材料的控制污染源方面可起到关健性的作用。主要体现在它降低能源消耗和有毒物质的使用;减少水资深消耗;减少废物的产生;治理环境污染物及大气污染。

(1)在污水治理方面。污水中通常含有有毒有害物质、异味污染物、细菌、病毒等。传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,纳米技术的发展和应用可以彻底解 决这一问题。纳米材料在环保中的应用主要与纳米粒子的化学催化和光催化特性有关。除已经提到的光催化降解废水的纳米材料以外,另有许多纳米材料可以用来治理有害气体和废水,并已走出实验室而进入实用阶段。利用纳米TiO2表面具有超亲水性和超亲油性的特点,在玻璃表面涂覆纳米TiO2可以制成自清洁外墙玻璃,具有防污、防雾、易洗、易干、自清洁等功能。

(2)在大气污染治理方面。大气污染一直是各国政府需要解决的难题。纳米技术及材料的应用将会为我们解决大气污染问题提供全新的途径。工业生产和汽车使用的汽油、柴油等,在燃烧时会产生二氧化硫气体,这是二氧化硫最大的污染源。复合稀土化物的纳米级粉体具有极强的氧化还原性能,是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可彻底解决汽车尾气的污染问题。新装修房间的空气中有机物浓度高于室外,甚至高于工业区,目前已从空气中鉴定出几百种有机物质,其中有些是致癌物。研究表明,纳米二氧化钛可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物,降解效果几乎可达到100%。

(3)城市固体垃圾处理方面。将纳米技术及材料应用与城市固体垃圾处理,主要表现在两个方面：一方面可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末,除去其中的异物,成为再生原料回收;另一方面,可以应用纳米二氧化钛加速城市垃圾的降解,其降解速度是大颗粒二氧化钛的10倍以上,从而可以缓解大量生活垃圾给城市环境带来的压力。

五、纳米材料在其他方面的应用

利用先进的纳米技术,在不久的将来,可制成含有纳米电脑的可人-机对话并具有自我复制能力的纳米装臵,它能在几秒钟内完成数十亿个操作动作。在军事方面,利用昆虫作平台,把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报,使目标丧失功能。

利用纳米技术还可制成各种分子传感器。和探测器利用纳米羟基磷酸钙为原料,可制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料。将药物储存在碳纳米管中,并通过一定的机制来激发药剂的释放,则可控药剂有希望变为现实。另外,还可利用碳纳米管来制作储氢材料,用作燃料汽车的燃料“储备箱”。利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应研制高灵敏度的磁传感器;利用具有强红外吸收能力的纳米复合体系来制备红外隐身材料,都是很具有应用前景的技术开发领域。

六、纳米材料的前景

纳米材料的研究,它使人类在改造自然方面进入了一个新的层次,即进入到原子、分子的纳米层次。纳米技术的核心是按人们的意志直接操纵单个原子、分子或原子团、分子团,制造具有特定功能的产品。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用,它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分,是有利的作用,还是不利的作用 更难以判断,这不但给某一现象的解释带来困难,同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响,如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响,这都是控制工程研究亟待解决的问题。在纳米材料的研究中,目前主要的工作有:一是用纳米材料替代传统材料改善产品品质与性能;另一方面是开发新材料。

纳米材料与纳米技术和我们的生活密切相关，纳米材料已成为当今世界各国研究者热衷的领域。随着研究的深入，纳米材料与纳米技术得到飞速的发展，可以想见，当我们可以自主的控制纳米材料时，我们的生活将发生极大的变化；激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。” 白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。”

第三篇：纳米材料在污水处理中的应用

题目 本科课程论文

新纳米水净化技术去除饮用水中微污染物

院（系）

化学学院 专

业

化学教育

课 程

绿色化学 学生姓名

学 号

指导教师

二○一三年六月

新纳米水净化技术去除饮用水中微污染物

摘要：“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”和纳米试剂盒技术，可快速检测并清除污染物。这套包括新型纳米材料及配套处理程序的技术对控制饮用水源砷、氟等污染具有重要意义。关键词：纳米材料、饮用水、微污染物、检测、净化

在本学期的《绿色化学》课程的学习中，有一次老师专门提到了水污染，并且对饮用水的净化作了强调。我印象最为深刻的是老师的这句话：虽然平常在对水进行净化时，已经做到了除去颗粒，臭味，一些重金属以及有机物或无机物，但是，这远远是不够的，我们所饮用的水中仍然有很多含有大量微生物或者含有氯元素的物质，其在净化过程中并未完全除去，没有达到其标准。这时，我听着感觉毛骨悚然，一想到其中含有大量微生物，就有些后怕，所以在本次论文中，我收集了很多关于除去微生物的技术，主要是纳米技术。

污水中一般都含有细菌病毒、有毒有害的物质、悬浮物质、异味污染物等污染物，并对人们的生活和健康造成不良影响。因此，污水处理就是去除污水中的污染物，使得污水得到净化。

由于传统的污水处理方法不仅效率低，运行费用高，并且还存在二次污染的问题，因此污水处理问题一直没有达到理想的解决效果。

1、饮用水中微污染物的的种类、来源、危害

饮用水中的微污染物包括无机微污染物和有机微污染物。其中，无机微污染物主要有Pb(II)、As(Il1)、Hg(II)、Cu(II)、Cr(V)等金属离子和氟离子。饮用水中的重金属离子来源广泛，包括矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属离子废水，以及天然地质结构中缓慢溶出的重金属离子等。矿山工业产生的废水主要是采矿和选矿废水，其中含有各种矿物质悬浮物和有关重金属离子。有色冶金、加工业排出的废水中，多含有汞、砷、铬等元素。此外，一些轻工业和化学工业排出的废水也含有汞、铅、砷等重金属离子。若上述废水未经处理或处理不完全便流人江河，就对饮用水源造成了污染。饮用水中只要含有微量的重金属离子即可产生毒性效应，且具有持续性和放大作用，经过生物累积可以在人体内逐渐富集，长期危害人体健康。

有机微污染物也被发现在饮用水中广泛存在，可分为两大类：天然有机物(NOM)和人工合成有机物(soc)。NOM 是动植物在自然循环过程 中经腐烂所产生的物质，主要包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动植物组织及动物的废弃物等。SOC大多为有毒有机污染物，其中有些种类是致癌物或诱变剂等，是饮用水致突变活性增强的重要起因，如三氯甲烷、多氯联苯、杀虫剂、卤代脂肪烃、多环芳烃等。长期饮用含有微污染物的水，通过生物累积作用，可对人体产生致癌、致畸致突变等效应

有研究显示，自来水中有机污染物在一定剂量范围内可对细胞产生不同程度的DNA损伤作用。如果动物长期暴露于高剂量氯化消毒副产物中(例如三氯甲烷)，可以导致肝癌和肾癌。另外，饮用水氯化消毒产生的呋喃酮也会对人体产生毒害，是强致突变物质之一研究了瑞典婴儿的出生缺陷影响因素，发现饮用水中的三氯甲烷可以增加先天性心脏病的患病几率。另一项针对挪威全国新生儿的流行病学调查也显示，心脏病和呼吸系统的出生缺陷与饮用水中有机微污染物有着重要关联。与有机微污染物类似，无机微污染物(如重金属离子)也对人体健康产生长期的严重危害。一些重金属离子(如铅、砷、氟、镉等)通过饮用水进人人体并在体内积累，可导致机体代谢途径受阻，进而危害人体健康，甚至造成特殊的地方病。其中，砷已被美国疾病控制中心和国际防癌研究机构确定为第一类致癌物。

2、纳米技术在污水处理中的应用

纳米技术在污水处理中的应用主要为光催化氧化技术、纳滤技术和絮凝技术三种。

1)光催化氧化技术。光催化氧化技术可以有效处理氰化物、金属粒子及各种有机酸等物质，使污水中的污染物最终氧化降解生成H2O和CO2，据有关统计，已发现数百种有机污染物质可以通过光催化氧化技术进行处理。而这种技术作用的关键在于其光氧化催化剂，TiO2 被认为是目前最有效的光氧化催化剂。

由于纳米TiO2，光催化氧化技术具有无二次污染的特点，不仅降解效率高、无选择性，而且其氧化反应的条件温和，因此几乎适用所有的污水处理。

2)纳滤技术。纳滤(NF)是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80-1000的范围内，孔径为几纳米，因此称纳滤。纳滤技术属于压力推动的膜工艺，这种技术作用的关键在于纳滤膜。纳滤膜可以取代电化学和吸附的方法，对制浆和造纸工业废水中的污染物进行处理，可除去来自木浆漂白过程中产生的氯化物和深色物质。另外，纳滤膜也可用于纤维加工过程中漂白水的处理，以控制污染物的排放量。纳滤膜法水处理技术以其特殊的优势，获得了世界各国的水处理工作者的普遍关注，在水处理技术的研究和开发领域取得了可喜的成绩。纳滤原理: 源水 →源水泵 →机械过滤器 →活性炭过滤器 →精密过滤器 →高压泵 →纳滤主过滤系统

3)纳米絮凝技术。纳米絮凝技术是以纳米絮凝剂(如SiO2)代替传统的絮凝剂，由于纳米颗粒具有强大的吸附能力，因此通过吸附架桥、卷扫网捕等絮凝作用，可以除去传统絮凝法无法除去的污染物质，并且相关的沉淀物质具有易脱水的特点。

3、纳米材料在污水处理中的应用

纳米材料由纳米微粒组成，具有吸附、催化等多种新的特性，目前应用最为普遍的纳米材料为TiO2。在污水处理方面，TiO2 扮演着非常重要的角色。

其中，由于纳米TiO2，具有很强的还原能力，因此在有机污水处理中，能将高氧化态银、铂等贵重金属离子吸附于材料的表面，通过光电子产生的强还原能力，将金属粒子还原为细小的金属晶体，不仅除去了污水的毒性，还利于贵重金属的回收。而在无机污水处理中，纳米TiO2作为光催化剂。在阳光下，它能催化氧化污水中的有机污染物质，使其迅速、完全降解为水、CO2 等无害物质。据相关统计，纳米TiO2，能处理80多种有机有毒物质。

4、纳米技术在污水处理中的新前景

来自英国科学家发明了一种纳米多孔材料制备新方法——共渗透振动法，该方法有望应用于水净化和化学感应器等诸多领域。

通常，制备纳米多孔材料时，多重金属组分是必要的。当移除较小组分时，小的纳米孔就产生了。但是，由于要移除较小组分必须布满材料内外，因此制备纳米多孔材料受到制约。而COS法则更高效灵活，就像如何释放装满盐水的气球里的盐分一样。只需要把它放在清水；里，通过渗透力，让清水不断进入气球直至气球破裂，从而释放出所有盐分。最后将一系列碎片连起来，就得到纳米多孔材料。

5、展望

饮用水的安全卫生是21世纪人类面临的最富有挑战性的问题之一。针对饮用水中微污染物的检测与去除开展研究，具有重要的科学价值和社会意义。

1）饮用水中微污染物的检测与净化，是一个普遍性课题，与每个人自身的健康息息相关。因此，发展新型纳米材料与技术的同时，也应考虑其成本、简易性、便携性与普适性。

2)纳米材料具有高活性的同时，也极易受到各种杂质的影响，甚至引起中毒失活。在纳米材料应用过程中配套以相应的预处理和后处理措 施，是保障纳米材料长期稳定起效的必要环节。3)基于纳米材料与技术较传统的饮用水净化体系的不同之处，建立相应的检测规范与评价标准，是未来一段时间内需要提上议事日程的新

参考文献

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[8]匡婷.纳米技术及材料在污水处理与空气净化中的应用

第四篇：纳米材料在高分子材料中的应用论文

纳米材料在高分子材料中的应用

近年来，纳米技术已成为科学研究的热点。由于纳米材料具有许多新的特性，如特殊的磁学特性、光学特性、电学特性和化学活性等，利用纳米粒子的这些特性对高分子材料进行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。这不仅使高分子材料的性能更加优异，使其更加广泛地应用于微电子、化工、国防、医学等各个领域，同时还为高分子改性理论体系的奠定提供了基础，拓宽了高分子改性的理论。

研究发现，随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。对超微颗粒而言，尺寸变小，其比表面积则显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学化学、声学等一片列新的性质。另外，纳米粒子由于表面存在大量活性中心，在反应体系中可以起到高效催化的作用。目前通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。但是通常纳米微粒粒径小，易于团聚，为增加材料与聚合物的界面结合力，提高复合材料的性能，需要对纳米微粒进行表面改性处理。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的高分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。

利用纳米微粒的量子尺寸效应等可制成紫外线吸收材料。例如，防晒油等化妆品中现在普遍加入了纳米微粒，同时在具有强紫外吸收的纳米微粒表面包裹一层对身体无害的高聚物，这样既发挥了纳米颗粒的作用，又改善了防晒油的性能。再如，塑料制品在紫外线照射下很容易老化变脆，如果在塑料表面涂上一层含有纳米微粒的透明涂层吸收紫外线，这样就可以防止塑料老化。汽车、舰船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡胶、双酚树脂或者环氧树脂为主要原料，在阳光的紫外线照射下很容易老化变脆，致使油漆脱落，如果在面漆中加入能强列吸收紫外线的纳米微粒就可起到保护底漆的作用。另外，将纳米微粒分散到树脂中制成膜，可用作半导体器件的紫外线过滤器。

在航空航天材料的加工生产中，纳米材料也有相当的优势，特别是由轻元素组成的纳米材料在航空隐身材料方面应用十分广泛。～些纳米复合粉体与高分子纤维结合，对中红外波段有很强的吸收性能，对红外探测器有很好的屏蔽作用。纳米磁性材料，特别是类似铁氧体的纳米磁性材料加入涂料中，既有优良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散红外线的性能，甚至可以改变雷达波的反射信号，加之其比重轻，因此在隐身方面的应用上有明显的优越性。 纳米材料对光吸收和对静电屏蔽的特性，使其在日常生活和国防上也有着很重要的应用前景。发达国家已经开始用纳米复合粉添加的纤维制成军服，这种纤维不仅对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用，而且对人体红外线有强吸收作用，可以增加保暖作用，减轻农服的重量。化纤衣物和地毯由于静电效应在摩擦时会产生放电，不仅有安全隐患，同时很容易吸附灰尘，给使用者带来很多不便。金属纳米微粒为解决这一问题提供了一个新的途径，只要在化纤制品中加入少量金属纳米微

粒，就会使静电效应大大降低。

在家电用高分子材料，纳米静电屏蔽材料的应用近来也开始得到了推广。电器外壳如果不能进行静电屏蔽，电器的信号就会受到外部静电的严重干扰。为了改善静电屏蔽涂料的性能，日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽的纳米涂料，这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因面能起到静电屏蔽作用，同时氧化物纳米微粒颜色各异，可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色。因此这种纳米静电屏蔽涂料不但有很好的静电屏蔽特性，而且也克服了炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。

在医用高分子材料领域，日本东京大学日前通过结合纳米级的微小分子环和高分子材料开发出了凝胶状的新型医疗材料。这种新材料的可见光的通过率高达98 2％，而且即使拉长8倍，材料也能恢复原状，并不会受到任何破坏。这种性能优异的材料可望用来生产隐形眼镜以及其他医疗产品。而在医用化纤制品和纺织品中添加纳米微粒可以起到除味、杀菌、消毒的作用。

另外，一些聚酯／粘土矿物的纳米复合材料不仅提高了聚酯的力学性能，光学性能、阻隔性能等也有一定的提高，这种复合材料可以应用于汽车、包装等领域，其他潜在的应用前景也是非常诱人的。

纳米技术作为一项高新技术在高分子材料改性中有着非常广阔的应用前景，特别对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义。但由于对其微观结构认识的不足，纳米技术的发展还存在着较大的局限性，其理论和工程实践也也都比较缺乏。但即使如此，其广阔的市场与诱人的应用前景已初见端倪，纳米材料将成为新兴材料的主流。

高科技纤维又称特种纤维，按性能划分有五大类：耐强腐蚀含氟类纤维、耐高温纤维、阻燃纤维、高强高模纤维和功能纤维。其中，高强高模纤维特别是聚丙烯腈基碳纤维和对位或间位芳酰胺纤维(芳纶)最为重要。早在20世纪80年代初，以美、日为代表的发达国家对化纤的发展作了重要战略转移，开始把投资重点由传统化纤转向高科技纤维。21世纪发达国家高科技纤维的发展可望继续加速，一些通用化纤生产线不断转产高科技纤维，新工艺、新技术和新产品将不断涌现。而我国在这方面的研究开发落后于发达国家约20年。由于发展高科技纤维有着极其重要的战略意义，专家呼吁我国应重视高科技纤维特别是碳纤维的 科技攻关和产业化。其重要意义并不亚于纳米材料，对提升国民经济的整体素质和改造传统产业有着重要作用。

高科技纤维应用领域广泛高科技纤维是具有高附加值和高收益的产品。以美国为例，1984年高科技纤维产量占化纤总产量的1.6%，而产值却占12.6%；到1988年，其产量所占比例上升至2.4%，而产值却占化纤总产值的20.4%。尽管这些高科技纤维的前期开发投入较大，但后期回报。在前些年世界经济遭亚洲金融危机冲击的严峻形势下，传统化纤市场处于低迷状态，而高科技纤维却供不应求，成为支撑收益的中坚产品。

高科技纤维也是支撑高科技产业发展的重要基础材料，是运载火箭和导弹、各类航天器、宇宙站、人造卫星、宇航服、喷气式客机和战斗机、船舶、超高速列车、医学和生物工程等的关键材料。同时，也能满足许多传统产业特别是支柱产业更新换代的需要。例如，环保节能型新一代汽车，其高速飞轮转子、压缩天然气罐、高速子午胎、发动机耐热传感器、轻量传动轴、弹簧板以至车体，皆采用高性能纤维复合材料。在新型建材领域，高强高模纤维增强水泥、复合材料型材、混凝土结构物的加固修复用片材、大跨度斜拉桥和悬索桥用代钢索缆绳、拉挤成型代钢筋材料等，都采用高性能纤维。在电子和信息产业领域，柔性印刷线路板基板、光缆及其补强材料、塑料光纤计算网络、防辐射手机外壳、电磁波屏蔽材料、防尘防静电工作服、超净室高效空气滤材，都需要各种高性能纤维和功能纤维。对于现代国防来说，可以说任何高科技战争所需的现代化武器装备的制造，都要用到高性能纤维和功能纤维。

高科技纤维也是能源开发特别是新能源开发所必不可少的新材料。如抽油杆，千米以下深海油田开采平台所需升降机、输油管线、钻井套管等，大型风力发电叶片及其推进器，核电站耐辐射建材及其防护用品，含放射物冷却水回用滤材，海水吸铀高效吸附材料，铀同位素分离用高速转筒等，都需要各类高科技纤维。在环保方面其用途就更多了，如酸雨的防治、高温粉尘滤袋、含重金属离子等废水的处理等。就是在解决淡水资源短缺方面，也开始大规模使用中空纤维反渗透膜技术。如最近沙特阿拉伯和我国台湾省都分别引进了日本产世界最大的海水淡化装置，日产淡水高达12.8万吨。

高科技纤难的开发和应用，将使人类的衣着从“仿真”过渡到“超真”，使人们的服装具有各种特的功能，如光变色、冬暖夏凉、抗菌消臭和吸收远红外保温等功能。人工骨、关节、韧带、牙床、假眼、人工肺、人工肝、人工肾、人工脾、人造血管和皮肤等都可用高科技纤维制造。在尖端技术领域，由于解决了超低温绝缘材料，创造了磁悬浮列车的最高行驶纪录。由此可见，高科技纤维的应用领域可以说是无怕不包。

我国高科技纤维发展基础和现状

1996年起发展中国家化纤的总产量和产能超过了发达国家。其主要原因是，发达国家进行了化纤产业的结构调整，早已把投资重点由传统化纤转向高科技代纤上了，并大规模地将普通化纤的生产技术及全套设备向第三世界国家转移，将收益用于发展高新技术产业。目前发达国家尤其是美国和日本的高科技纤维已处于垄断地位。

我国已具备把投资重点转向发展高科技纤维的基本条件。近年来我国主要高科技纤维的市场需求增长很快，1995年聚丙烯腈基碳纤维的需求量只有60吨，到2000年已达1500吨；1995年芳纶纤维的需求量也只有60吨，到2000年已达到500吨；1995年超高分子量聚乙烯纤维需求量才20吨，2000年已超过500吨。我国高科技功能纤维随着人民生活的迅速提高和环保意识的增强，发展很快，需求成倍增长。仅中空纤维分离膜的生产厂家就达120多家，活性炭纤维生产厂家也有几十家，产品主要用于水处理等方面，市场需求量不断扩大。

我国发展高科技纤维存在的问题及发展建议

我国高科技纤维的应用研究和市场开发，为断取得进展，为持续快速发展奠定了基础。从20世纪80年代起，国家就安排了碳纤维和芳纶纤维科技攻关，也同时安排了一批应用研究项目，目前又有一批新应用领域正在开发，这些都是保证高科技纤维持续发展的基础。我国即将加入WTO，关税将逐步减少，市场准入将更加广泛，而我国的高科技纤维却处于小而散的状态，根本不具备国际竞争力，这种局面急待扭转。以上这些因素都使投资重点转移成为可能。目前，国内不少企业集团已出现引进高性能纤维生产线热潮，国家应加强对高科技纤维的宏观调控，防止复复引进和建设。如果不严加控制又会形成小而散的局面，很难形成有竞争力的规模经济。为了防止投资热点集中在碳纤维和芳酰胺纤维领域，国家应引导企业适当地把资金投向其他有前景的高科技纤维项目上来。如聚苯硫醚纤维及上述两大纤维的下游制品开发，因为聚苯硫醚纤维作为高温粉尘滤材和电绝缘材料等，其综合性能好。而碳纤维等复合材料制品的开发和生产，不仅有利于上游高性能纤维的发展，更重要的是风险和难度相对较小，经济效益更好。在对重大建设项目和引进项目审查时，国家有关部门应提高效率，因为久拖下去将会丧失机遇，给企业带来重大损失。

正是由于高科技纤维对提长一个国家的整体经济素质有举足轻重的作用，国家提出在“十五”期间加大对高科技纤维的投入，奠定主要高科技纤维的产业化基础，实现聚丙烯腈基碳纤维及其原丝、芳纶、超强聚乙烯纤维及主要功能纤维产业化，并在消化吸收国外引进技术和装置的基础上加以创新，逐步拥有自己的知识产权，实是明智之举。参考文献

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第五篇：纳米材料在环保中的应用

纳米技术在环保中的应用

李智（广西大学 材料科学与工程 2012级 1209010116）

摘要：综述了纳米技术在环境保护中的应用情况,环境保护是当今生态环境重要课题,传统的污染治理存在着一定的不足。纳米技术在环境保护方面的应用将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机遇。

Abstract: This paper summarizes the application of nanotechnology in environmental protection, environmental protection is an important issue in today's ecological environment, the traditional pollution control has some shortcomings.The application of nanotechnology in environmental protection will bring new opportunities to our country and the world in the treatment of environmental pollution.关键词：纳米技术；环境保护；应用

Keywords: nano technology;environmental protection;application 1 引言

纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。由纳米技术研制生产出来的纳米材料不仅具有良好的吸附能力、杀菌能力、抗辐射能力，还有十分良好的吸收效果。因为纳米技术自身的优势，人们已将其广泛的应用到了城市环境治理中，并取得了明显的效果，有效的改善了城市的环境水平，其在环保过程中起着重要作用。纳米技术在治理有害气体方面的应用

大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体，纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃烧时会产生SO2 气体，这是SO2 的最大污染源。所以在石油提练中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴(CoTiO3)是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径55nm ～ 70nm 的钛酸钴作为催化活体多孔硅胶或Al2O3 陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01 %，达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧时也会产生SO2气体，如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，而不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的产生。最新研究成果表明，复合稀土化合物的纳米级粉体有极强的氧化还原性能，这是其他任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可以彻底解决汽车尾气中一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)的污染问题。以活性碳作为载体、纳米Zr0.5Ce0.5O2粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，由于其表面存在Zr4+/Zr3+及Ce4+/Ce3+，电子可以在其三价和四价离子之间传递，因此具有极强的电子得失能力和氧化还原性，再加上纳米材料的表面大、空间悬键多、吸附能力强，因此它在氧化一氧化碳的同时还原氮氧化物，使它们转化为对人体和环境无害的气体———二氧化碳和氮气。而更新一代的纳米催化剂，将在汽车发动机汽缸里发挥催化作用，使汽油在燃烧时就不产生CO 和NOx，无需进行尾气净化处理。

[1]3 纳米技术在水污染治理中的应用 3.1 处理无机污染废水

重金属是一种十分有价值的资源，在我国的生产生活中具有十分重要的作用。然而由于在重金属开采与工业生产中人们没有做好相应的技术处理措施，致使大量的重金属资源流失，其中一部分流失的重金属会进入水中，造成水资源的严重污染。而受污染的水会通过各种渠道对环境与人们的身体健康造成不良的影响与危害。而利用纳米技术中的纳米粒子对无机污染废水进行处理，能够对水中的重金属粒子进行还原，使其形成重金属结晶体。这样一来，就既有效的使水资源变得更加清洁健康，而且也在另一程度上实现了对重金属的回收，减少了资源浪费，可谓是一举两得。

3.2 处理有机污染废水

科学研究已经证明，作为光催化剂原料的TiO2 能够有效的对被氧化水中的有机物质进行降解。相关科研机构已经证实，纳米光催化剂能够对污染水中的八十多种有机污染物质进行降解处理，通过光化学反应使这些有毒物质变为对环境和人力无危害的物质，从而有效的实

[2]现对环境中有机污染废水的净化。提高环境中水的健康清洁程度。

3.3 对自来水进行净化处理

新型纳米级净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AL2O3 的十到二十倍。新型纳米净水剂通过对纳米磁性物质、纤维物质以及活性炭装置的利用，能够很好的实现对水中悬浮颗粒以及各种杂质的吸附，使水中的异味和铁锈等物质得以去除干净，从而实现对自来水的全面净化。在此基础上，人们还可以利用带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球处理装置，来实现杀灭自来水中细菌、病毒的目的，从而进一步提高饮用纯净水的卫生安全质量，并且在这一过程中，水中的各种矿物质元素并不会被吸附掉，而是能够最终保存在水中，提高自来水的矿物活性成分含量。纳米技术在其它环保领域中的应用 4.1 纳米技术在城市固体废物处理方面的应用

纳米技术在城市固体废物处理方面所发挥的作用主要体现在以下两个方面：首先，利用纳米技术能够很好的实现对橡胶、塑料以及印刷电路板等固体废物的处理。人们通过利用纳米技术对这一类型的固体废物进行再加工，使其形成微粉颗粒，并将其中夹杂的各种杂物、异物去除，就能使这些由橡胶、塑料等制成的微粉颗粒原料得以循环利用，提高资源利用率。第二，利用纳米TiO2 催化技术加速城市废物的降解速度，从而有效缓解城市垃圾量不断加

[3]大给城市环境污染治理带来的压力。

4.2 纳米技术在防止电磁波辐射方面的应用

电子信息科技的发展使得电磁场、电磁波等在城市中的运用越来越普遍。而研究发现，电磁场发出的电磁波在很大程度上会对人的神经系统造成一定的不利影响、威胁人们的生命健康安全。而纳米技术与纳米材料的出现则有效缓解了电磁波问题带给人们的压力。人们通过在墙体中安装纳米材料的方式来提高建筑的抗辐射能力，从而保证生活在建筑内的人免受电[4]磁波的干扰与辐射。4.3 纳米技术在噪声控制方面的应用

随着科学技术与社会经济的发展，城市中的人口聚集程度也越来越高。喧闹的人群、发达的工业生产、汽车等都在很大程度上加剧了城市噪音的强度。科学家们已经通过相关的科学研究与实验证实，当噪声污染达到一定级别时很可能对人类的身体健康造成不利影响，重者[5]甚至会造成人的死亡。一般来说，飞机、轮船、汽车以及工厂中的某些机械在启动状态下，其噪声可达到上百分贝，导致环境噪声污染的形成。而将纳米技术应用到这些机械设备中，能够有效降低机械设备之间的摩擦作用力，从而有效降低噪声的分贝，实现对噪声污染的有效控制。利用纳米科技研发出的润滑剂应用到机械设备后，不仅能降低机械运行时的噪声，[6] [7]还可以促进机械运行寿命的延长。结语

纳米科学技术是一门新兴的学科，是21世纪的前沿学科，它会对环境保护产生重要的影响，有着广阔的应用前景，甚至会改变人们传统的环保理念。利用纳米技术对解决全球性的水污染问题将起到极其重要的作用。可以预见，随着科学研究工作的不断深入和应用水平的不断提高，纳米技术解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。本文主要对纳米技术在大气环境、水污染治理以及其他环境保护领域中的应用进行了细致的介绍与分析，希望能够有效提高我国的环境保护质量。

参考文献

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