功能纳米材料与环境保护

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。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。随着纳米技术的悄然崛起,人类利用资源和保护环境的力能也得到拓展。纳米技术为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生,创造了有利条件。纳米技术与环境保护和环境治理的进一步有机结合,将会有助于许多环保难题的解决,诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题的解决。可以预言,不久的将来,随着纳米技术的进一步发展将有可能推行“纳米环保”。纳米材料在环境保护方面的应用在大气污染治理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,一氧化碳和氮氧化物二是影响人类健康的有害气体,纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染源问题提供了新的解决方法1.1用作石油脱硫催化剂

工业用及车用燃料油是最大的SO2污染源,燃料油中的含硫化合物在燃烧后会产生SO2,所以石油炼制工业有一道脱硫工艺以降低汽柴油的硫含量。纳米钦酸钻是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径为55~70nm的钦酸钻合成的催化活体多孔硅胶或以Al2O3陶瓷作为载体的催化剂,其催化效率极高。经催化的油品中硫的含量小于0.01%,达到国际标准。二氧化硫污染控制区二氧化硫污染非控制区1.2用作汽车尾气净化催化剂

复合稀土化合物的纳米级粉体是一种新型汽车尾气净化催化剂。它的应用可以彻底解决汽车尾气中CO和NOX的污染问题。以活性炭作为载体、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,在氧化CO的同时还原NOX,使它们转化为对人体和环境无害的CO2和N2。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。汽车尾气净化催化剂城市汽车尾气污染1.3用作纳米燃油添加剂

纳米技术为燃油添加剂市场开辟了新的机遇。纳米燃油添加剂可以大幅增加动力,降低燃油消耗,提高发动机性能并延长其寿命,减少尾气中有害物质的排放,保护环境。采用创新的纳米微乳化技术生产的新一代多用途燃油添加剂,可以全面解决辛烷值强化剂、清净剂和节油添加剂所要解决的问题,还可以整体改善发动机的性能,是一种全新概念的具有综合性能的第四代环保型燃油添加剂。纳米燃油添加剂纳米技术在污水处理方面的应用2.1用于有机物废水处理目前国内常用的有机物废水处理技术难以达到有效的治理物理吸附法、混凝法等非破坏性的处理技术,只是将有机物从液相转移到固相而化学、生化等处理技术虽是破坏性的,但除净度低,废水中的有机物含量仍远高于国家废水排放标准。与上述方法相比,纳米TiO2光催化降解有机物水处理技术具有明显的优势,无污染,除净度高。研究表明,这是一项极有前途的实用性污水处理技术。利用纳米TiO2可以降解有机磷农药。国内浙江农业大学等单位利用TiO2的光催化活性降解久效磷农药废水。用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水,具有省资、高效、节能,最终能使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点,显示出良好的应用前景。2.2用作纳米净水剂一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来,然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置,有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后,可以除去水中的细菌、病毒,得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大,在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时,会被过滤掉,水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。纳米净水剂处理电镀废水纳米材料在其它环保方面中的应用3.1降解空气中的有害物质调查表明,新装修的房间内空气中有机物浓度高于室外,甚至高于工业区。对室内主要的气体污染物甲醛、甲苯等的研究结果表明,光催化剂可以很好地降解这些物质,其中纳米TiO2的降解效率最好,几乎接近达到100%。3.2作自清洁涂料纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性,因此其表面具有自清洁效应。在汽车挡风玻璃、后视镜表面镀上TiO2薄膜,可防止镜面结雾。实验表明,镀有纳米TiO2薄膜的表面显示出高度的自清洁效应,污染不易在表面附着,附着的少量污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下,也会自动从TiO2表面剥离下来。这一技术将广泛应用于汽车表面涂层、建筑物玻璃外墙等。3.3处理城市垃圾纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解,其降解速度是大颗粒TiO2的10倍以上,从而可解决大量生活垃圾给城市环境带来的压力,避免了因焚烧处理而带来的二次环境污染问题。结语纳米材料属于当代材料科学的前沿学科,纳米材料和纳米技术领域新产品的创新必须以市场为导向、需求为牵引。目前,我国已建立起纳米材料生产线10多条,