环境净化材料研究进展
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展
绿色建筑光催化材料二氧化钛研究进展随着社会经济的发展和人们对环境保护意识的提高，绿色建筑已成为一种趋势。
绿色建筑是一种可持续性建筑，其设计和建造考虑了减少对环境的影响，提高建筑能源效率，提高室内环境质量等因素。
绿色建筑需要使用环保、健康的建筑材料，而光催化材料二氧化钛是一种很有潜力的材料，能够用于室内和室外环境的净化。
二氧化钛具有很高的光催化活性，在受到紫外线或可见光照射时能够吸收水中的氧和有机物质、微生物，将其分解为CO2和H2O，从而达到清洁水和空气的目的。
二氧化钛的光催化能力是由于其表面具有活性位点，通过吸附反应活化两种物质，从而产生自由基，进而分解有机污染物，因此用于绿色建筑中的光催化材料是探索和应用的热点。
二氧化钛的催化性能可以通过修饰或改性来提高。
硫化二氧化钛、掺杂二氧化钛、纳米二氧化钛和复合二氧化钛等是目前研究的热点。
硫化二氧化钛的光催化性能比纯的二氧化钛更优秀，因为硫是一种与光催化反应有关的活性物质。
掺杂二氧化钛一般通过在其晶格中引入其他金属离子，从而形成掺杂二氧化钛。
掺杂的离子会影响二氧化钛的电子结构及其表面性质，可以提高催化性能，让其可使用于室内环境净化中。
纳米二氧化钛的光催化性能也比纯的二氧化钛更优秀，因为小尺寸的纳米颗粒有更大的比表面积和更短的电子传输路径。
在光照区域内，纳米二氧化钛能较好地吸收光线，提高了催化效率。
复合二氧化钛材料是指将二氧化钛复合到另一种材料中，如氧化锌、氧化铜等，可以增强催化性能，同时还可以对催化剂的电子能级结构有所调整，改进催化剂在光催化中的性能。
此外，改进二氧化钛的制备方法也为提高其光催化性能提供了新途径。
目前常使用的方法有溶胶-凝胶法、沉淀法和水热法等。
溶胶-凝胶法是一种干燥和烧结过程多的制备方法，可控性较好，且可以制备出更细致的二氧化钛微粒，通常能够得到更高的催化性能。
水热法是指以水为溶媒将反应物反应时制备二氧化钛的方法，该方法不需要多次烧结和洗涤，工艺简单，适用于制备较小颗粒的二氧化钛，并且可制备出不同形貌的二氧化钛粒子，如球形、链形、管状等。
石墨烯光催化材料及其在环境净化领域的研究进展
第４８卷２０２０年７月第７期第１－１３页材 料 工 程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４８Ｊｕｌ．２０２０Ｎｏ．７ｐｐ．１－１３石墨烯光催化材料及其在环境净化领域的研究进展Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇｒａｐｈｅｎｅｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ杨 程，时双强，郝思嘉，褚海荣，戴圣龙（中国航发北京航空材料研究院，北京１０００９５）ＹＡＮＧＣｈｅｎｇ，ＳＨＩＳｈｕａｎｇ ｑｉａｎｇ，ＨＡＯＳｉ ｊｉａ，ＣＨＵＨａｉ ｒｏｎｇ，ＤＡＩＳｈｅｎｇ ｌｏｎｇ（ＡＥＣＣＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）摘要：石墨烯作为一种导电率高、比表面积大、化学稳定性强的新型二维碳材料，在光催化技术领域显示出广阔的应用前景。
本文综述石墨烯及其复合材料在光催化领域中的研究进展。
首先介绍光催化基本原理与石墨烯的优异性能，总结石墨烯在复合光催化材料中的基本作用，即促进光生电子的传输、扩大光吸收强度和范围、提升吸附作用等。
然后介绍各种石墨烯光催化复合材料（石墨烯／无机半导体、石墨烯／有机半导体、石墨烯／金属纳米粒子）及其多种合成方法。
同时进一步阐述石墨烯光催化材料在环境净化领域中的应用，重点介绍在空气净化、水中微量污染物净化及废水处理方面的应用。
最后指出目前的石墨烯光催化材料仍然存在催化效率低、成本高、不能实现大规模生产等问题，而对其结构及制备工艺等进行优化有望改善材料性能，提高其实际应用价值。
关键词：石墨烯；光催化；环境净化犱狅犻：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ ４３８１．２０１９．０００８９２中图分类号：Ｏ６４３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１ ４３８１（２０２０）０７ ０００１ １３犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｓａｎｏｖｅｌ２Ｄｃａｒｂｏｎｍａｔｅｒｉａｌｆｅａｔｕｒｉｎｇｈｉｇｈｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｌａｒｇｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａａｎｄｒｅｍａｒｋａｂｌｅｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｇｒａｐｈｅｎｅｈａｓｓｈｏｗｎｉｔｓｐｒｏｍｉｓｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｒｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｇｒａｐｈｅｎｅａｌｏｎｇｗｉｔｈｉｔｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｓｐｈｏ ｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅｅｘｃｅｐ ｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｗｅｒｅｂｒｉｅｆｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｒｏｌｅｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｗｅｌｌｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｆｐｈｏｔｏｇｅ ｎｅｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｓ，ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｘｐａｎｄｉｎｇｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｌｉｇｈｔａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ａｎｄｅｎｈａｎｃｉｎｇａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙ．Ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｉｎｏｒｇａｎｉｃｓｅｍｉ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，ｇｒａｐｈｅｎｅ／ｏｒｇａｎｉｃｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｎｄｇｒａｐｈｅｎｅ／ｍｅｔａｌｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｉｒｓｙｎ ｔｈｅｓｉｚｉｎｇｒｏｕｔｅｓｗａｓｇｒｏｕｐｅｄｂｙｃａｔｅｇｏｒｉｅｓａｎｄｒｅｖｉｅｗｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌ ｌｙ，ｗｈｉｃｈｗｅｒｅｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅａｉｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒｄｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｎｄｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｇｒａｐｈｅｎｅ ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｓｔｉｌｌｈａｖｅｓｏｍｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｓｕｃｈａｓｌｏｗｃａｔａｌｙｔｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈｃｏｓｔ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｒｅａｌｉｚｉｎｇｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅ ｔｅｒｓｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｓｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｉｒｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｇｒａｐｈｅｎｅ；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ 随着社会的发展，能源、环境等问题日益突出，一方面，人类对石油燃料的需求越来越大，由于其不可再材料工程２０２０年７月生的特性，使得人类面临着严峻的能源危机；另一方面，工业生产、日常生活产生的各种污染物肆意排放，不仅影响人类的健康，更对生态环境造成极大的破坏。
环境污染控制中的新型材料和技术研究
环境污染控制中的新型材料和技术研究1. 引言随着工业化和城市化进程的加速发展，环境污染问题已经成为全球范围内的严重挑战。
为了保护环境和人类健康，科学家们不断努力寻找新型材料和技术来解决环境污染问题。
本文将重点介绍环境污染控制中的新型材料和技术的研究进展。
2. 新型材料在环境污染控制中的应用2.1 吸附材料吸附材料是一种可以吸附污染物的材料，常用的吸附材料包括活性炭、分子筛、生物吸附剂等。
这些材料具有高吸附能力和选择性，可以有效地去除废水和废气中的有害物质。
此外，研究人员还通过改变吸附材料的表面性质和结构，提高其吸附能力和循环使用性能。
2.2 光催化材料光催化材料利用光能将污染物分解为无害物质，常用的光催化材料包括二氧化钛纳米颗粒、半导体光催化剂等。
通过光催化反应，可以实现废水和废气的高效净化。
研究人员还致力于提高光催化材料的光催化活性、稳定性和利用率。
2.3 纳米材料纳米材料具有特殊的物理和化学性质，在环境污染控制中有潜在的应用价值。
例如，纳米颗粒可以用作催化剂和传感器，通过催化反应和检测技术，去除废水和废气中的污染物。
此外，纳米材料还可以用于制备高效过滤材料、光催化剂和吸附剂。
3. 新型技术在环境污染控制中的应用3.1 生物技术生物技术利用微生物和生物过程来降解和转化污染物，具有高效、环境友好的特点。
例如，生物滤池是一种利用微生物降解有机废水的技术，通过微生物的代谢作用将有机物转化为无害物质。
此外，基因工程技术和生物传感器技术也为环境污染控制提供了新的解决方案。
3.2 膜技术膜技术是一种利用半透膜对污染物进行分离和浓缩的技术。
常见的膜技术包括超滤、反渗透、气体分离等。
通过研究和开发新型膜材料，提高膜技术的分离效率和稳定性，可以实现废水和废气的有效治理。
3.3 热分解技术热分解技术利用高温将有机废物分解为无害的气体和灰渣。
常见的热分解技术包括焚烧和热解。
这些技术可以有效处理有机废物，并通过能源回收减少环境负荷。
光催化材料的制备和光催化性能研究
光催化材料的制备和光催化性能研究近年来，随着环境污染问题的不断加剧，光催化材料作为一种新型高效的环境净化材料备受关注。
光催化材料可以利用光能将有害物质转化为无害物质，具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍光催化材料的制备方法以及其光催化性能的研究进展。
一、光催化材料的制备方法光催化材料的制备方法多种多样，常见的方法包括溶剂热法、溶胶-凝胶法、旋涂法和气相沉积法等。
溶剂热法是一种常用的制备方法，主要通过溶剂的热解反应生成材料。
例如，使用水热法可以制备出氧化锌（ZnO）纳米颗粒，以及二氧化钛（TiO2）纳米管。
溶胶-凝胶法是将溶液中的金属盐或金属有机化合物加入到溶剂中形成溶胶，然后通过热处理将溶胶转化为凝胶。
最终通过热处理、退火或超声处理等方法制备出光催化材料。
常见的溶胶-凝胶法可制备出二氧化钛（TiO2）薄膜。
旋涂法是一种将溶液涂覆在基底上，通过旋转将材料均匀分布在基底表面的方法。
该方法制备的光催化材料具有较大的比表面积和较高的结晶度，适用于制备纳米颗粒薄膜。
气相沉积法是将气体在基底表面沉积形成材料的方法，常见的气相沉积法有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。
该方法制备出的光催化材料表面光催化活性较高，适用于制备二氧化硅（SiO2）纳米颗粒。
二、光催化性能的研究进展光催化性能是评价光催化材料性能的关键指标之一。
光催化材料的光吸收能力、光生电荷分离能力和光生活性等参数对其光催化性能有着重要影响。
光吸收能力是指光催化材料对于特定波长光的吸收能力，通常通过紫外-可见吸收光谱研究。
一些材料的光吸收能力被广泛利用于水环境中的污染物降解，如氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）等。
光生电荷分离能力是指光催化材料在光照条件下，光生载流子能够迅速分离并参与化学反应的能力。
光生电荷分离能力较高的光催化材料能够提高光催化反应的效率。
一些材料如氧化锌（ZnO）和二氧化钛（TiO2）等能够快速分离光生载流子。
光生活性是指光催化材料在光照条件下持久稳定的光催化活性，受到许多因素的影响，如氧分压、湿度和温度等。
陶瓷膜净水研究进展
陶瓷膜净水研究进展陶瓷膜净水是一种利用陶瓷膜进行膜分离技术来净化水质的方法，近年来在净水领域取得了不少进展。
陶瓷膜的研究不仅提高了净水效率，还减少了能源消耗和水资源浪费，对保护环境和人类健康具有重要意义。
本文将就陶瓷膜净水的研究进展进行详细介绍。
一、陶瓷膜净水的基本原理陶瓷膜是一种微孔结构的膜材料，通过精密的制备工艺，可以具有不同孔径和分子筛选性。
在陶瓷膜净水中，水通过膜的微孔，而溶解在水中的离子、微生物、有机物等则被截留在膜的表面或内部，从而实现水质的净化。
陶瓷膜净水不需要化学药剂，对水质不会造成二次污染，具有较高的净水效率和可持续性。
二、陶瓷膜净水的关键技术1. 陶瓷膜材料的研发：陶瓷膜的性能直接影响到净水效率和成本。
近年来，研究人员针对陶瓷膜材料的孔径、孔隙率、表面性质等进行了深入研究，通过改变原料配比、制备工艺等手段，不断提高陶瓷膜的分离性能和机械强度，降低制备成本，使其更适用于工业和生活污水处理领域。
2. 陶瓷膜模块的设计与制备：陶瓷膜的应用需要将膜材料固定在模块中，以便进行连续的水处理操作。
研究人员通过优化模块结构、提高密封性能、改进流体动力学特性等手段，设计制备出了不同规格和适用范围的陶瓷膜模块，使得其在实际工程中更加稳定和可靠。
3. 耐污染性和自洁性的提高：陶瓷膜在水处理过程中容易发生污染，如结垢、生物膜覆盖等，降低了净水效率和使用寿命。
为此，研究人员通过表面改性、添加抗污染层、应用辅助设备等手段，不断提高了陶瓷膜的耐污染性和自洁性能，延长了其运行周期和净水效率。
三、陶瓷膜净水的应用与前景1. 工业废水处理：陶瓷膜净水技术在工业废水处理中具有广阔的应用前景，可以高效去除废水中的重金属离子、有机物和微生物等污染物，同时可以减少化学药剂的使用和减少处理成本。
2. 生活饮用水净化：陶瓷膜净水技术也可以应用于生活饮用水的净化领域，通过微孔膜的过滤和分离作用，可以彻底去除水中的浑浊物、微生物、异味物质等，得到清澈透明的饮用水。
生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展
生物炭及改性生物炭的制备与应用研究进展一、概述生物炭，一种由生物质在缺氧或完全缺氧的条件下经高温热解产生的富含碳素的固态物质，近年来在环境、农业、能源等多个领域引起了广泛关注。
其独特的物化特性，如高孔隙度、大比表面积和优异的吸附性能，使得生物炭在土壤改良、污水处理、大气净化、能源储存等方面展现出巨大的应用潜力。
随着对生物炭研究的深入，改性生物炭的概念也应运而生。
改性生物炭是在原始生物炭的基础上，通过物理、化学或生物等手段，进一步优化其性能，拓宽其应用领域。
本文旨在综述生物炭及其改性产物的制备方法，以及它们在农业、环境保护、能源储存和材料科学等领域的应用研究进展，以期为生物炭的进一步开发利用提供科学依据。
1. 生物炭与改性生物炭的定义与特性生物炭（Biochar）是一种由生物质在缺氧或低氧条件下经过热解或气化等热转化过程生成的炭化材料。
它具有丰富的孔隙结构和优良的吸附性能，是一种重要的环境材料和能源载体。
生物炭的主要成分是碳，除此之外还含有氢和氧等元素，这些元素的含量取决于热裂解方法和炭化最终温度，而与原料类型关系不大。
随着炭化温度的升高，生物炭中碳元素的含量增加，而氢和氧的含量则相应降低。
改性生物炭则是在生物炭的基础上，通过物理、化学或生物方法进行改性处理，以进一步改善其吸附性能、提高其对特定污染物的去除能力或赋予其新的功能特性。
改性生物炭的制备方法多种多样，包括酸处理、氧化处理、还原处理、热处理、负载金属或纳米颗粒等。
生物炭及改性生物炭具有多种优良特性，如高比表面积、丰富的孔隙结构、良好的吸附性能、稳定性强、环境友好等。
这些特性使得生物炭及改性生物炭在农业、环保、能源等领域具有广泛的应用前景。
例如，在农业领域，生物炭可以用于土壤改良，提高土壤保水保肥能力，促进作物生长在环保领域，生物炭及改性生物炭可以用于污水处理、废气处理、固废处理等，有效去除污染物，提高环境质量在能源领域，生物炭可以作为可再生能源的载体，用于生产生物燃气、生物油等。
芳烃污染空气光催化净化材料研究进展与展望
关 键 词 ：进展 ；材料 １ １１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１７ ３ ６ （ ０ ０ ０ ０ １ ６ ４— ９２ ２ １ ） １— ０ ０—１ ０
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生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展
生物炭吸附废水中重金属离子的研究进展生物炭（biochar）是一种由生物质材料经过干燥、高温热解或炭化而制得的碳质产物。
由于其特殊的孔隙结构和化学性质，生物炭被广泛应用于吸附废水中的重金属离子。
本文将探讨生物炭在吸附废水中重金属离子方面的研究进展。
首先，生物炭的制备方法与性质对其吸附性能具有重要影响。
制备生物炭的原料种类、炭化温度和时间等因素会影响生物炭的孔隙结构和表面化学官能团的含量。
较高的炭化温度和时间能够使生物炭具有更多的微孔和介孔，提高其特定表面积和孔容，增加重金属离子的吸附位点。
此外，生物炭的表面官能团（如羟基、羧基和胺基等）也对重金属离子的吸附具有重要影响。
这些官能团能够与重金属离子形成氢键、配位键等化学键，增加吸附能力。
其次，生物炭对重金属离子的吸附行为受多个因素的制约。
pH值是影响重金属离子吸附的重要因素之一。
通常情况下，生物炭对重金属离子的吸附能力在酸性环境中较高，而在碱性环境中较低。
这是由于酸性环境下，生物炭表面官能团的负离荷有利于重金属离子的吸附。
此外，重金属离子的浓度、离子尺寸和电荷状态等也会影响生物炭对其吸附能力。
第三，各类生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在差异。
研究表明，不同原料制备的生物炭对不同重金属离子的吸附能力存在显著差异。
例如，高炭化温度制备的生物炭更适合吸附铅离子，而较低炭化温度制备的生物炭则对镉离子的吸附效果较好。
此外，杏仁壳生物炭对铜离子的吸附性能更为突出，而竹炭则对镍离子的吸附效果较好。
因此，在实际应用中，应根据废水中重金属离子的特性选择合适的生物炭。
最后，生物炭的再生与废弃物资源化也是当前研究的热点。
当生物炭饱和吸附重金属离子后，可以采用各种方法对其进行再生，如酸碱洗法、电解法和生物修复等。
这不仅能够提高生物炭的重复利用率，还能够回收废弃物中的重金属离子。
因此，生物炭的研究不仅有助于净化废水，还具有环境保护和资源回收的双重效益。
综上所述，生物炭作为一种新型的吸附材料，在废水处理中具有良好的应用前景。
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例2. 原位反应吸收有害气体（甲醛、 氨）层状复合功能材料的研制
环境污染现状：
• 煤烟型污染、光化学烟雾污染 室内空气污染 • 微生物、有害气体/成分、放（辐） 射性、可吸入固体微粒、噪音 有害气体 106亿美元，巨大产业
室内有害气体：甲醛
危害：刺激皮肤、呼吸/视觉器官、中枢神经；凝固 蛋白质、破坏细胞 致癌；染色体异常 发育、 生长、肝脏。 举例：0.6mg/M3, 流泪；60-120mg/M3，5-10 min. 严重 损害支气管、肺；口服10- 20ml，导致死亡 （“居室空气中甲醛卫生标准” ：0.08 mg/M3 ） 程度：北京：超标73.3%；杭州：79.1%（中消协，2002.8） 上海：成人家具达标率48%，儿童47%；4000元 16%，6000元以上48%。
研究思路
• 以国家战略需求为牵引 • 以产品设计模式为导向 • 以界面/结构调控为关键
A New Strategic Approach
Discovery-based Product Development
Time
Nanomaterials By Design
Applicationbased Problem Solving
研究背景
• 需求：甲醛、氨污染严重
• 方法：光催化、有机材料 • 方式: 甲醛释放后处理 • 创新： 原位反应吸收固定
甲醛原位吸收层状复合材料
磷酸氢锆
思 路: • 层间原位固定 • 功能复合组分
P
酸 OH
P
4E5A: 碱 OH
甲醛 4E5A(固定）
α- Zr(HPO4)2. H2O
关键1：α- Zr(HPO4)2. H2O制备
环境净化材料研究进展
陈运法 中国科学院过程工程所 2005.7.6研究生院
讲课内容选择
• 环境净化材料 • 有机-无机纳米复合材料 • 纳米组装与纳米结构材料 产品研发 + 科技内涵 + 过程工程
环境净化材料
环境净化材料: 针对环境问题, 用于消除/
修复/避免等功能,不产生二次污染/危害…
• 微生物：抗菌、除臭等 • 气 体：室内气体、工业废气等 • 液 体：废水处理、有毒溶液 • 固 体：固体废弃物/土壤修复等
室内有害气体：甲醛
来源：
（1）脲醛树脂胶人造板：胶合板、细木工板、中 密度纤维板和刨花板等； （2）装饰材料：贴墙布，贴墙纸，油漆和涂料管； （3）室内陈列及生活用品：家具、化纤地毯和泡 沫塑料、衣服等； （4）可燃烧材料：香烟及一些有机材料； （5）食品：米粉、豆腐、腐竹、粉丝、挂面、海 产品（防腐、凝固蛋白）。
研究示例1: 无机银离子抗菌材料
抗菌材料的发展背景
环境污染、细菌扩散、抗药细菌 抗菌材料/技术 清洁环境、自身健康、新的发展
发展背景
人类历史：与细菌/疾病抗争的历史
疾病死亡
1950-1980
细菌感染
疾（传染） 病 灾 难！
• • • • • • 14世纪：鼠疫、欧洲1/3人口 1950年：传染病死亡下降至10% 1980年：消灭天花，鼠疫、霍乱得到控制 1992年：印度霍乱 1996年：日本O-157 血性肠炎 1997年：“全球警惕，采取行动以防范新出现的 传染病”（世界卫生日主题） • 2000年：疯牛病、日本血印奶制品、香港禽流感 • 2001年：美国炭疽热事件….SARS….
对细菌如何处理？
• 杀菌：具有杀死微生物营养体和繁殖体的 作用 • 抑菌：有抑制微生物生长繁殖的作用 • 抗菌：同时具有杀菌和抑菌作用
需求：抗菌从一种手段到一种功能
各类无机抗菌材料的特点比较
品种
有 机 系
成分
有机 天然 铜系
优点
① 有即效性； ② 比较便宜。 ① 安全性能高 ① 安全性好； ② 可以混到金属中； ③ 比较便宜。 ① 抗菌效果好； ② 安全性好； ③ 耐热性好。 ① 安全性稍差； ② 抗菌性也稍差； ③ 有饮料用的实绩。 ① ② ③ ① ② ① ② ③
缺点 有效期短； 缺乏安全性； 耐热性差。 有效期极短； 耐热性差。 有颜色； 效果稍差； 有残留体内可能性
银系 无 机 系
① 价格贵； ② 加工/使用时有差色/ 变色可能性。 ① 对皮肤的刺激是一个 课题 ① ② ③ ④ 难加工； 无光照无效； 效果评价难； 效果再现性不好。
锌系
氧化 钛系
① 半永久性效果； ② 安全性好。
为何银离子无机抗菌？
• 银的抗菌能力优异
• 银离子的抗菌能力更加突出 • 耐热性、无毒副作用
不同金属离子对伤寒菌的最小发育阻止浓度（mol/dm-3） 金属离子 Ag+ Cu2+ Pb2+ Al3+ Ba2+ MIC 2.010-6 1.510-5 0.005 0.001 0.25 金属离子 Hg2+ Au2+ H+ Zn2+ Ca2+ MIC 2.010-6 1.210-4 0.001 0.001 0.5 金属离子 Cd2+ Co2+ Fe3+ Mn2+ Na+ MIC 6.010-5 1.210-4 0.001 0.12 1
研究进展
层状载体合成（专利：200410000629.2）
F/Zr <2.0; [H3PO4] >0.5M, 2-4h；70-80℃，产物收率> 95%，结晶好，团聚少，平均粒度3.9μm。
关键2：层间交换/组装工艺
文献： 直接在3E4A液体中完成，需要3天！
Time
Nanomaterial Development: Today
TODAY: Discovery-based Science
Hale Waihona Puke & Product Development
Discover novel nanostructures, nanoparticles, & nanomaterials through investigatorinitiated exploratory research on a broad range of materials
(a)回流法: ZrOCl2· 2O溶于盐酸，加至磷酸和盐 8H 酸混合液，得凝胶，放入磷酸中，回流2—7天； (b)水热法： 上述凝胶与磷酸混合，反应釜185℃水热 晶化1—7天；
(c)HF沉淀法：ZrOCl2· 2O溶液，加入HF和 H3PO4， 8H 80℃连续搅拌7天。
周期太长或水热条件，产业化困难 HF法产物结晶完整、如何缩短反应过程？
Manufacturing & Processing
Characterization Tools Fundamental Understanding & Synthesis
Modeling & Simulation
Accelerated Market Entry of Products Based on Nanomaterials By Design
银离子抗菌剂的制备方法
AgNO3 Ag
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可溶性玻璃
银离子抗菌剂的制备方法
离子交换
层状载体：沸石、蒙脱石等
层状结构材料
Graphite
层状结构材料
KC8 (Graphite + K+, Li+)
层状结构材料
Talc or Mg3Si4O10.(OH)2
LD50 > 2000 mg/Kg
东亚合成Navron 得到FDA认证
银系无机抗菌材料的特点
光照hv 2AgCl (2Ag+ + 2Cl-) 2Ag （黑色）+ Cl2 AgNO3 + 微量有机物 + 光 分解 AgO 不稳定 Ag2O 强氧化性，棕色
• • • •
银离子产品的变色现象
Determine nanomaterial properties (chemical, physical, and biological)
Identify potential uses of value
Assess commercial viability
Nanomaterials enter limited markets
功能与应用、传统与现代之间的耦合效应
抗菌功能组分
结果：实现规模化生产
性 能: 粉体：5 min金葡抑菌率>98.5% (日本15min) PET ：1h 抑菌率>99.5%(日本2h) 价 格：本品 280元/Kg；日同类产品 500/Kg 效 果：市场50%；测试标准
最新动态
• 纳米银粒子 • 有机-无机杂化/复合 • 其它离子（如Mg，Cl等）
S. aureus (IFO 12732) 1000 125 31.3 31.3
银系无机抗菌材料的特点
安全、无毒性：
对 人： As2+, Sb2+, Cd2+,Se2+ >> Hg2+>Zn2+>Cu2+>Ag+ 对细菌：As2+, Sb2+, Cd2+,Se2+ >> Hg2+> Ag+> Cu2+>Zn2+ （西野敦等，抗菌剂の科学，工业调查社，1996，p55）
微观调控2：结晶转化稳定机制
思路：B2O3形成液相、加快多相反应 MgOMg2+进入晶格，稳定结晶
加强固相扩散
B 2 O3 Ag+
+ 2+ Mg2+ Ag Mg 微观结构调控