纳米材料在环境保护领域的应用研究.pdf

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纳米材料在环境保护领域的应用研究邓勇航1,2广西轻工业化工与材料(1．湖南省醴陵市环保局．湖南醴陵412200；,2．湖南省醴陵市环保产业办，湖南醴陵412200)【摘要】纳米技术是一门高新技术学科，纳米材料因其特殊的性质使其在环境科学上有着广阔的应用前景。本文阐述了【关键词】纳米技术；纳米材料；环境保护；环境工程【中图分类号】X5；X506【文献标识码】A【文章编号】1003—2673(2008)02—16—02纳米材料在大气污染治理方面的应用2008年2月第2期(总第111期)GuANGⅪJoI瓜NAL1纳米材料的基本性质嘲【作者简介】邓勇航(1968一)，男．工程师。研究方向：环境工程。3在水污染治理方面的应用纳米材料的基本性质。对纳米材料在大气污染治理、水污染治理和其它环保领域的应用进行了讨论。研究表明，利用纳米科技及纳米材料解决环境污染问题已经成为环境保护研究的必然趋势。纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0．1．100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料ll】。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。本文就纳米材料及其在环境保护领域的应用进行了阐述。1．1表面效应用高倍电子显微镜对金超微颗粒(直径为2．1，3斗m)进行电视摄像。实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状(如立方八面体，十面体，二十面体等)的晶型，既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10斗m后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。1．2小尺寸效应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。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。2．1空气中硫氧化物的净化二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加入纳米级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。如用纳米Fe：0，作为催化剂。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0．01％，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。162．2汽车尾气净化汽车尾气排放直接污染人们的生活空间及呼吸层。对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料。对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器问，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的NO、CO等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。2．3室内空气净化新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米TiO：的降解效果最佳。纳米TiO：经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧膜化能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米TiO：的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物四。在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米TiO：光催化剂可具有杀菌、除臭作用。3．1处理无机污染废水污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO：能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。3．2处理有机污染废水大量研究表明纳米TiO：等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO：能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru／TiO：作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光