纳米材料在水处理中的应用_孙伟民
纳米材料在水处理中的应用与研究
纳米材料在水处理中的应用与研究水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
然而，随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，给人类的健康和生态环境带来了巨大的威胁。
传统的水处理方法在应对一些复杂的污染物时往往效果不佳，因此，寻找高效、经济、环保的水处理技术成为了当前研究的热点。
纳米材料因其独特的物理、化学性质，在水处理领域展现出了广阔的应用前景。
一、纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度（1 100 纳米）的材料。
由于其尺寸小，纳米材料具有比表面积大、表面活性高、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特性。
比表面积大意味着纳米材料能够提供更多的反应位点，从而增强与污染物的相互作用。
表面活性高使得纳米材料更容易与其他物质发生化学反应，提高了其对污染物的去除能力。
量子尺寸效应和宏观量子隧道效应则赋予了纳米材料独特的电学、光学和磁学性质，为其在水处理中的应用提供了更多的可能性。
二、纳米材料在水处理中的应用1、纳米吸附剂纳米吸附剂在去除水中的重金属离子、有机污染物等方面表现出色。
例如，纳米零价铁（nZVI）可以有效地去除水中的六价铬（Cr(VI)）。
nZVI 具有高反应活性，能够将 Cr(VI)还原为毒性较低的 Cr(III)，从而实现铬的去除。
此外，纳米碳材料如碳纳米管（CNTs）和石墨烯也被广泛应用于水中有机污染物的吸附去除。
CNTs 具有良好的孔隙结构和较大的比表面积，能够吸附多种有机污染物，如苯、甲苯、酚类等。
石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物理化学性质，对有机污染物也表现出了很强的吸附能力。
2、纳米催化剂纳米催化剂在水处理中的应用主要包括光催化和电催化。
光催化是利用纳米半导体材料（如 TiO₂、ZnO 等）在光照条件下产生的电子空穴对来氧化分解水中的污染物。
这些纳米半导体材料具有能带结构，当受到能量大于其禁带宽度的光照射时，会产生电子空穴对。
电子和空穴具有很强的氧化还原能力，能够将水中的有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质。
纳米材料在水处理中的应用及机理研究
纳米材料在水处理中的应用及机理研究随着工业化和城市化的不断发展，水资源的污染与短缺问题日益凸显。
为解决这一问题，人们纷纷寻求有效的水资源治理和利用途径。
近年来，纳米技术的应用在水处理领域得到了广泛的关注与研究。
本文将探讨纳米材料在水处理中的应用及其机理。
一、纳米技术在水处理领域的应用纳米技术是一种新兴的技术，它以纳米材料为主要研究对象。
纳米材料具有普通材料所不具备的特殊性质，比如尺寸效应、表面效应、量子效应等，这些性质使得纳米材料在很多领域都有广泛的应用，尤其是在水处理领域。
1. 纳米吸附纳米吸附是指利用纳米材料的高比表面积和吸附性能对水中污染物进行吸附的过程。
纳米吸附技术具有广泛的应用前景，可以对水中的有机物、重金属、放射性物质等进行吸附分离。
目前，常见的纳米吸附剂包括纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米硅胶等。
2. 纳米膜技术纳米膜技术是指利用纳米材料制备的膜对水进行过滤和分离。
这种技术具有高效、环保、经济等优点，可以用于海水淡化、污水处理等领域。
目前，常见的纳米膜材料包括氧化铝、氧化锆、碳纳米管等。
3. 纳米催化技术纳米催化技术是指利用纳米材料的高比表面积和晶面效应加速水中污染物的氧化还原反应。
这种技术具有高效、低成本、易操作等特点，可以用于水中的有机物降解、污水处理等领域。
常见的纳米催化材料包括纳米钛白粉、纳米金属催化剂等。
二、纳米技术在水处理领域的机理研究纳米技术在水处理领域的应用不仅需要技术的突破和实践的检验，还需要对机理进行深入研究，以保证技术的稳定和可靠。
下面就纳米技术在水处理中的机理进行简单探讨。
1. 纳米吸附机理纳米吸附技术主要依赖纳米材料的高比表面积和吸附性质，但具体的吸附机理还不够清晰。
研究表明，纳米吸附材料对水中污染物的吸附是通过物理吸附和化学吸附两种机制进行的。
物理吸附主要依赖于纳米材料的孔径、表面形貌、电荷等；化学吸附主要依赖于纳米材料表面的功能基团与污染物之间的化学反应。
纳米材料在水处理中的应用方法
纳米材料在水处理中的应用方法概述：随着工业化和人口的增长，水资源的污染日益严重，水处理技术变得越来越重要。
纳米材料因其独特的物理和化学性质，在水处理领域中展示出了广泛的应用前景。
本文将探讨纳米材料在水处理中的应用方法，包括吸附、催化、抗菌和分离等方面。
一、纳米材料吸附方法的应用吸附是水处理过程中最常用的方法之一。
纳米材料由于其大比表面积、高吸附容量和可调控性等特点，成为了优质的吸附剂。
1.1 纳米吸附剂的制备利用纳米材料吸附污染物需要制备合适的吸附剂。
常见的纳米吸附剂包括氧化铁纳米颗粒、氧化铝纳米棒、碳纳米管等。
这些纳米材料的合成可以通过物理和化学方法实现，如凝胶法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
1.2 纳米吸附剂的应用纳米吸附剂可以应用于吸附去除重金属离子、有机物和微生物等。
这些吸附剂可以通过改变表面性质来提高吸附效率和选择性。
此外，利用纳米吸附剂还可以实现重金属离子的控释和杀菌作用等。
二、纳米材料催化方法的应用纳米材料在水处理领域中还可作为催化剂，通过催化反应来降解有害物质。
2.1 纳米催化剂的制备纳米材料催化剂的制备通常采用溶胶-凝胶法、热分解法或共沉淀法等。
在制备过程中，需要注意控制纳米颗粒的尺寸和形貌，以增强催化活性。
2.2 纳米催化剂的应用纳米催化剂在水处理中可应用于降解有机物、氧化重金属和分解水中的有害化学物质等。
例如，二氧化钛纳米材料常用于催化光解水产生氢气。
三、纳米材料抗菌性能在水处理中的应用水中微生物的滋生往往导致水质污染和传染疾病的传播。
纳米材料的抗菌性能使其在水处理中发挥重要作用。
3.1 纳米抗菌材料的制备常见的纳米抗菌材料包括银、铜、锌等纳米颗粒，以及氧化锌、二氧化钛等纳米薄膜。
这些材料可以通过化学合成、溶胶法或热分解法等方法制备得到。
3.2 纳米抗菌材料的应用利用纳米抗菌材料可以抑制水中微生物的生长和繁殖。
这种抗菌性能可以应用于制备水处理剂、杀灭水中的病原微生物和控制管道污染等方面。
纳米材料在水处理中的应用探讨
纳米材料在水处理中的应用探讨水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
然而，随着工业化和城市化的快速发展，水资源受到了越来越严重的污染，这给水处理带来了巨大的挑战。
近年来，纳米材料因其独特的物理和化学性质，在水处理领域展现出了广阔的应用前景。
一、纳米材料的特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1 100纳米）的材料。
由于其尺寸小，纳米材料具有比表面积大、表面能高、量子尺寸效应、小尺寸效应等独特的性质。
比表面积大意味着纳米材料能够提供更多的活性位点，从而增强与污染物的相互作用。
高表面能使得纳米材料具有更高的化学活性，容易与其他物质发生反应。
量子尺寸效应和小尺寸效应则会导致纳米材料的电学、光学和磁学等性质发生变化。
二、纳米材料在水处理中的应用类型1、纳米零价铁（nZVI）纳米零价铁具有高反应活性和强还原性，能够有效去除水中的重金属离子（如铬、汞、铅等）和有机污染物（如氯代有机物、硝基苯等）。
它可以将高价态的重金属离子还原为低价态，使其沉淀或形成更易去除的形态。
同时，纳米零价铁能够降解有机污染物，将其转化为无害物质。
2、碳纳米管（CNTs）碳纳米管具有优异的吸附性能，能够快速吸附水中的有机污染物、重金属离子和染料等。
其特殊的中空结构和大比表面积为污染物的吸附提供了充足的空间。
此外，碳纳米管还可以作为载体，负载其他纳米材料或催化剂，提高水处理效果。
3、纳米二氧化钛（TiO₂）纳米二氧化钛是一种常见的光催化材料，在紫外线照射下能够产生强氧化性的自由基，将水中的有机污染物分解为二氧化碳和水。
它对难降解的有机污染物，如农药、抗生素等具有良好的去除效果。
4、磁性纳米材料磁性纳米材料（如四氧化三铁）具有超顺磁性，在外加磁场的作用下能够方便地从水中分离出来。
它们可以用于吸附水中的重金属离子和有机污染物，实现污染物的快速分离和回收。
三、纳米材料在水处理中的作用机制1、吸附作用纳米材料的大比表面积和丰富的表面官能团使其能够通过物理吸附和化学吸附的方式捕获水中的污染物。
纳米材料在水处理领域的应用技巧
纳米材料在水处理领域的应用技巧水是生命之源，但由于工业污染、农业活动和人口增长等原因，水资源的短缺和水质污染已成为全球关注的问题。
纳米材料作为一种新兴的材料，具有特殊的物理和化学性质，对水处理领域具有巨大的潜力。
本文将介绍纳米材料在水处理领域的应用技巧，并讨论其在水污染治理、水质改善和水资源回收等方面的作用。
1. 纳米材料在水污染治理中的应用技巧（1）吸附材料的选择：纳米材料的特殊结构和表面特性使其具有出色的吸附能力。
常见的纳米吸附剂包括纳米氧化铁、纳米活性炭和纳米硅胶等。
在选择吸附材料时，应考虑水质特点和目标污染物的性质，以确保最佳的吸附效果。
（2）纳米光催化剂的应用：纳米光催化剂具有光催化降解有机污染物的能力。
通过选择合适的纳米光催化剂和调整反应条件，可以实现高效降解目标污染物并减少能源消耗。
常用的纳米光催化剂包括二氧化钛纳米颗粒、纳米二氧化硅和纳米氧化锌等。
（3）纳米膜技术：纳米膜是一种高效的分离技术，可以去除水中的悬浮物、颗粒物和溶解性离子。
常用的纳米膜包括纳米过滤膜、纳米蒸发膜和纳米反渗透膜等。
通过优化膜材料的结构和制备工艺，可以提高纳米膜的分离性能和抗污染性能。
2. 纳米材料在水质改善中的应用技巧（1）纳米材料的消毒作用：纳米银、纳米铜和纳米金等纳米材料具有抗菌作用。
将纳米材料与水接触，可以破坏细菌、病毒和其他微生物的细胞膜，达到消毒的效果。
但同时需要注意，纳米材料的残留和生物毒性对环境和人体健康的潜在影响。
（2）纳米材料的除臭作用：纳米氧化锌和纳米二氧化钛等纳米材料具有良好的除臭效果。
这些纳米材料可以吸附和分解水中的恶臭物质，有效改善水体的气味。
（3）纳米材料的重金属去除：纳米材料在去除水中重金属方面具有潜力。
纳米铁、纳米氧化锌和纳米硅胶等纳米材料可以与重金属离子发生化学反应，形成难溶化物并沉淀下来。
这种方法可以降低水中重金属离子的浓度，减少对水体生态系统和人体健康的潜在威胁。
3. 纳米材料在水资源回收中的应用技巧（1）纳米过滤膜的应用：纳米过滤膜是一种高效的水处理技术，可以将废水中的微量溶解物和微小颗粒物分离出来，实现水资源的回收。
纳米材料在废水处理中的应用研究
纳米材料在废水处理中的应用研究随着工业化进程的加速和人口的增长，废水处理成为一个全球性的环境问题。
传统的废水处理方法往往效率低、成本高，因此迫切需要一种高效、低成本的废水处理技术。
纳米材料因其独特的物理和化学特性，成为解决废水处理难题的有力工具。
本文将探讨纳米材料在废水处理中的应用研究。
一、纳米材料介绍纳米材料是指在纳米尺度下具有特殊结构和性质的材料，其尺寸通常在1-100纳米之间。
纳米材料具有高比表面积、较强的化学反应活性以及优异的物理性能。
常见的纳米材料包括纳米银、纳米铁、纳米氧化铝等。
二、纳米材料在废水处理中的应用1. 吸附剂纳米材料因其巨大的比表面积和高效的吸附性能而被广泛应用于废水处理的吸附剂方面。
纳米材料可通过静电作用、化学吸附和物理吸附等方式，有效地吸附废水中的有机物、重金属离子等污染物。
例如，纳米氧化铁表面的羟基可以与重金属形成络合物，达到去除重金属污染的效果。
2. 光催化剂纳米材料在废水处理中的另一个重要应用是作为光催化剂。
纳米光催化剂能够利用光能产生高活性的自由基，降解有机污染物或氧化无机污染物。
常见的纳米光催化剂有二氧化钛纳米颗粒（TiO2）和纳米锌氧化物颗粒（ZnO）。
这些纳米颗粒具有较强的光催化活性，可以降解污染物，将其分解为无害的物质。
3. 膜材料纳米材料也被应用于废水处理中的膜材料制备。
纳米材料与传统的膜材料相比，具有更细致的孔隙结构和较高的孔隙率，能够更好地截留废水中的微小颗粒和溶解物质。
此外，纳米材料还可以改善膜材料的抗污染性能，延长膜的使用寿命。
近年来，纳米氧化铝、纳米碳管等材料被用于制备高效的膜材料，用于废水中的微量物质的去除。
4. 催化剂纳米材料还可以作为废水处理中的催化剂。
纳米材料催化剂通常具有高催化活性、良好的选择性和较长的使用寿命。
它们可以降解废水中的有机物和氧化废水中的污染物。
例如，纳米银催化剂在废水处理过程中具有优异的催化性能，能够有效去除废水中的有机物。
纳米材料在水处理中的应用研究
纳米材料在水处理中的应用研究在如今的社会中，安全可靠的水资源对人类社会发展至关重要，为了解决水污染和水质恶化问题，将纳米材料应用于水处理领域就显得尤为迫切。
本文将探讨纳米材料在水处理领域的应用和研究。
一、纳米材料的特点纳米材料的最大特点是其小尺寸，其尺寸占比一般都在100纳米以下，从而具有特殊的表面效应和相对较大的比表面积，具有优异的分子和离子输运性能，从而可以有效地处理小分子和离子污染物。
另外，纳米材料具有改性、优异的综合性能，催化能力强，可靠性高，适合大量生产。
二、纳米材料在水处理中的应用（一）离子调控纳米材料可以应用于水的离子调控，离子交换材料由纳米粒子组成，可以用来净化水质中的重金属离子，进行有机物、气溶胶和微生物去除，离子交换材料具有优异的分子和离子输运性能，可有效清除水中的污染物。
（二）净水过滤纳米材料可以用作一种理想的水净化过滤材料，可以及时有效地去除有机物、重金属离子、放射性元素等污染物，有效改善水质；另外，材料粒度可以非常小，短时间内可以实现大规模净化。
（三）抗再污染纳米材料的特殊的表面特性，有利于水质中的重金属离子等有害物质在表面上形成“络合物”，增加水的抗再污染能力。
三、纳米材料在水处理中的研究（一）技术研究研究人员正在努力开发纳米材料，以提高污水处理过程中的分离和除草效率，并提高水污染物的溶解度，研发出相应的分离和深度处理技术，以满足水资源的可持续使用。
（二）表面改性研究研究人员正在研究纳米材料及其表面改性，利用表面改性改变纳米材料的结构，以及它们在结构上的形状，改变孔径大小，改变其分子结构，以获得优越的净水效果。
（三）污染物预处理研究研究人员正在研究污染物预处理技术，利用表面催化剂，将污染物转化为可以被纳米材料吸附的中间产物，使污染物易于被纳米材料吸附，提高污染物的吸附率。
总而言之，纳米材料在水处理中的应用具有潜在的巨大潜力，它的应用使得水处理技术更加细致入微、高效率，纳米材料的应用将有助于解决水污染问题，改善水质，为人类的健康环境及安全的水资源贡献良好的一份力量。
纳米材料在水污染治理中的应用
纳米材料在水污染治理中的应用水污染是当今社会面临的严重环境问题之一。
随着经济和人口的增长，工业化和城市化进程加速，大量的废水排放使得水污染形势更加严峻。
传统的水污染治理手段往往效果欠佳，无法有效地去除水中的有害物质。
而纳米材料的应用在水污染治理中被视为一种创新和具有潜力的解决方案，因其独特的物理、化学和生物特性，可以提供更高效、可持续且经济的水质治理策略。
首先，纳米材料在水污染治理中的应用显示出其卓越的吸附能力。
纳米材料具有高比表面积和微纳尺度的孔隙结构，可大大增强吸附剂与污染物间的接触面积，使其能够高效吸附水中的有害物质。
例如，纳米二氧化钛被广泛应用于重金属离子的去除，其高度可控的晶体结构和亲水表面使其具有优异的吸附性能。
纳米银是一种优秀的抗菌剂，广泛应用于水处理领域。
纳米银的高表面能使其与细菌细胞壁产生作用，从而破坏细菌结构，达到杀菌的效果。
这些纳米吸附材料大大增强了水污染物的去除效果，提升了水质的净化水平。
其次，纳米材料在水污染治理中的应用还表现出其优异的催化性能。
纳米材料的小尺寸和高比表面积使其具有更好的催化效果，能够加速污染物的降解反应。
例如，纳米零价铁作为一种常见的催化剂，被广泛应用于有机污染物的去除过程中。
纳米零价铁具有较大的比表面积，能够快速捕获有机物，并通过催化作用实现其降解，进而实现清洁水的处理。
纳米金催化剂因其活性高、稳定性好等特点，也被用于污水处理、脱氯等领域。
通过纳米材料的催化作用，水污染物能够被高效降解，降低了污染物的浓度和毒性，从而改善了水质。
此外，纳米材料还可以应用于水污染治理中的高级氧化过程。
高级氧化过程通过生成高活性的氢氧自由基，能够将有机和无机污染物转化为无害的物质。
纳米光触媒是一类常用的高级氧化材料，其具有卓越的光催化性能。
纳米光触媒通过吸收可见光激发电子，形成活性氧化物质，可将污染物氧化分解。
纳米光触媒被广泛应用于水污染物的降解和去除中，有效地净化水质。
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污水处理、 海水淡化、 海洋环境污染治理等领域中的应用 ， 对纳米材料 料的特点及其在微污染水源给水处理 、 在水处理中的发展前景做出了展望 。 关键词：水处理； 纳米材料； 环境保护 中图分类号：X703． 1 文献标识码：A
［7 ］
3 碳纳米管（ Carbon Nanotubes， CNTs）
1991 年日本 NEC 公司的饭岛纯雄首次发现 ［9 ］ 被命名为碳纳米管 。 碳 了一种晶形碳素材料， 纳米管具有独特的纳米管状微观结构及其大比 表面积、 丰富孔隙结构、 独特导电性能等特性， 因 此在水处理材料领域受到关注， 逐渐被用作吸附 材料、 催化剂和吸附 剂 的 载 体 材 料 以 及 催 化 材 料， 并得到了广泛的应用。 3. 1 吸附材料 碳纳米管成为良好的吸附材料的基础是其 大的比表面积及其丰富的孔隙结构， 目前制备的 碳纳米管的比表面积一般在 15 - 400 m / g。 其 用作吸附材料也是目前碳纳米管最重要的研究 ［10 ］ 方面 。 对无机物的吸附： 碳纳米管本身对无机物具 有吸附功能， 但效果不如对有机物的吸附， 尤其 是对重金属的吸附效果不好。 经化学氧化法处 理后， 在表面引入了羟基、 羧基等化学基团的碳 纳米管对于无机物的吸附效果更好。 也有学者 研究将碳纳米管的吸附性能与磁性金属氧化物 的分离性能结合起来， 制备碳纳米管磁性金属氧
［ 2 ］ 在能源、 绿色化学方面显示出其独特的功效 。 ［3 ］ 纳米光催化材料有以下的特点 ： 降解没有
选择性，能使有害物质完全分解，不会产生二次 污染可以在常压下操作， 反应条件温和， 降低操 作难度， 不需要大量消耗除光以外的其他物质， 可以降低能量、 原材料的消耗而达到除毒、 脱色、 去臭的目的。 光催化剂具有廉价、 无毒、 稳定以 及可以重复利用等特点。 因此很多专家预测纳米光催化材料将是未 来水处理技中的主力军， 常见的纳米光催化材料
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ZnO 、 BiVO4 、 Al2 O3 等。 其中纳米 TiO2 有： TiO2 、 活性高， 热稳定性好， 成本低， 安全无毒， 是现在 研究最广， 最被看好的材料。 在紫外光照射下，纳米 TiO2 表面会产生氧化 能力极强的羟基自由基（ ·OH） ，使水中的有机污 染物氧化降解为无害的 CO2 和水。目前纳米 TiO2 主要的应用领域有化工废水、 染料废水、 农药废 水、 含油废水、 造纸废水等有机废水的处理。 例 如： 赵文宽等以煤灰中的漂珠为载体、 钛酸丁酯为 原料， 制备了一种载有纳米 TiO2 粉体的漂浮型光 催化剂， 在紫外光或太阳光直接照射下， 能有效降 解水面石油污染物。同济大学李田等将纳米 TiO2 固定于玻璃纤维网上形成催化膜， 用于深度净化 饮用水 。经处理的自来水中有机物总量去除率 19 种优先污染物中有 5 种被完全去 达 60% 以上， 除， 其他有机物的浓度也基本降至检测限以下， 同 时细菌总量明显减少， 处理水质达到了安全饮用 在无机物的处理方面， 纳米 TiO2 可 的要求。另外， 以吸附高氧化态汞、 银、 铂等贵重金属离子， 而无 机离子在纳米粒子表面具有光化学活性， 从而在 光催化下被还原为细小的金属晶体， 被催化剂吸 毒性因此被大大降低。 附， TiO2 光催化材料的稳定性很好， 目前， 但是 量子效率低， 主要利用的是仅占太阳光辐射总量 4% 左右的 387. 5nm 以下的紫外光。 因此， 在大 规模应用时， 考虑到成本， 基建可行性等因素， 扩 可行的方法， 也是 大 TiO2 光催化响应光谱范围， 最具挑战的课题就是 TiO2 改性。 目前在研究中 的方法有： 表面光敏化、 表面处理、 复合薄膜、 聚 、 ， TiO 合物改性 炭黑造孔等 通过引入杂质使 2 晶 表1
纳滤膜的制备方法
制作特点
转化法
通过调节超滤膜或反渗透膜的制膜工艺将超滤膜表层致密化或将反渗透膜表层疏松化而制得纳 滤膜 将 2 种或 2 种以上的高聚物进行液相共混 ， 在相转化成膜时， 利用他们之间的协同效应制成具有纳米 级表层孔径的合金纳滤膜 如表层化学处理、 荷电材料通过液固相转化法直接成膜， 含浸法。荷电化法往往 荷电化的方法很多， 和其他方法共同结合使用以使膜的耐压密性 、 抗污染性、 耐酸碱性、 选择性得以提高 在微孔基膜复合上一层具有纳米级孔径的超薄层 。 这是目前用得最多也是较有效的制备纳滤膜的 方法， 包括微孔基膜和超薄层的制备
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1545 （ 2011 ） 04006505 文章编号：1003-
综
述
近年来， 随着现代工业的高速发展， 大量未 经处理或处理未达标的污水直接排放， 对水环境 造成剧烈的破坏， 导致水质恶化， 水质型缺水问 中国城市污水处理率 题日益突出。据调查显示， 只有 36% ， 大量未经处理的污水直接排放， 成为 城市环境的二次污染源， 致使 82% 的江河、 湖泊、 45% 城市地下水遭受到不同程度的污染， 全国七 大水系和 47000 多公里的河段均受不同程度的 污染。在这种危急的形势下， 水处理技术急迫需 。 ， 要快速的发展 然而 传统的水处理工艺如吸附 法、 活性污泥法等随着时间的推移， 显示出了各 自的弊端， 如能耗高、 处理效率低、 产生二次污染 物等等。而近些年， 随着科学技术的进步， 水处 理技术的革新已不单纯的是传统处理工艺技术 方面的发展， 很多新材料在水处理中的应用， 更 使得水处理技术迅速发展。 而众多水处理应用 的材料中， 纳米材料作为尖端材料的代表， 以其 优越的性能， 广阔的发展空间， 尤其引人注 目。 纳米材料在微污染水源给水处理、 污水处理、 海 水淡化和海洋环境工程治理中愈来愈显示其独 受到了大家的青睐。 特的优势， 我们国家的纳米材料研究开始于上世纪 80 年代， 应用的主要领域是陶瓷、 催化、 生物、 医药
［15 ］ 提高光催化活性。 Gao 等 采用碳纳米管率， TiO2 复合电极对甲基蓝进行光电催化降解， 发现 ［13 ］
其中最主要的应用是水的软化处理 ， 水的 理， ［5 ］ ［6 ］ 淡化处理 。Hilal 研究了纳滤操作条件和不 同截留分子量的纳滤膜对海水的截留性能， 实验 表明， 纳滤能够降低部分含盐量。 工业废水的处 理， 如纺织废水、 食品工业废水、 制革废水、 电镀 废水等。如 Sahinkaya 等 确定了棉纺厂废水的 生化法纳滤联合工艺， 纳滤能够使 COD 的去除 为 80% ～ 100% ， 脱盐率约 65% ， 产水达到回用 ［8 ］ 。 标准 刘久清 等以废水处理和金属回用为目 的， 研究了络合超滤纳滤耦合过程处理铜电镀 工业废水， 实验结果显示经过纳滤浓缩的铜电镀 废水， 可回收铜金属， 而滤过液可达到回用水的 标准。
类 别
［ 3 ］
体表面产生缺陷， 增加表面活性中心的数量， 从 ［5 ］ 而提高催化活性 。
2
纳滤（ NF） 膜
纳滤 （ Nanofitration， 简称 NF ） 是 20 世纪 80
年代中期发展起来的一种介于反渗透与超滤之 间的新型膜分离过程。 NF 膜孔径在 1nm 以上， 2nm； 对 溶 质 的 截 留 性 能 介 于 反 渗 透 一般 在 1（ RO） 与超滤 （ UF ） 膜之间； RO 膜几乎对所有的 溶质都有很高的脱除率， 但 NF 膜只对特定的溶 NF 具有 质具有高脱除率。相比于反渗透 （ RO ） ， 设备投资低， 能耗低的优点。 2. 1 纳滤膜的性能特点 对无机离子的去除： NF 膜对电荷高的离子 去除率高于电荷低的离子， 对同价态无机离子、 阴离子的去除率 略 高 于 阳 离 子 的 去 除 率， 这与 NF 膜带负电有一定的关系， 而在一定适当的压 力范围内， 去除率随压力升高变化不大。 对水中有机物的去除： 经实验表明， 以苯酚 类、 脂肪烃、 羧酸、 酰胺类等为代表的有机物， 绝 大部分都能被 NF 膜去除。被去除的有机物主要 是非极性的脂肪烃和疏水基占优势的邻苯二甲 酸酯， 以及部分含有极性基的羧酸和酰胺， 对多 500 之间的有机物有较高 价离子和分子量于 200的脱除率。 2. 2 纳滤膜的制备方法 纳滤膜的制备关键是合理调节膜表面的疏 松程度， 以形成大量具有纳米级的表层孔。 纳滤 膜的制备方法见表 1 。
而在水处理技术方面， 纳米材料的研究与应用 等， 则起步相对较晚。但发展很快， 相信在纳米和水 纳米材料在水处 处理科技工作者的共同努力下， 理技术中的应用， 必然给水处理技术带来巨大 变革。
1
— —纳米 TiO2 纳米光催化材料—
纳米光催化材料大多是金属氧化物或硫化物 等半导体材料， 它们具有特殊的电子结构， 它们在 将反应物还原或 光激发下所产生的电子和空穴， 氧化， 从而使污染物得到降解， 并最终完全矿化为 CO2 、 H2 O 和毒性小的有机物和无机离子等， 因此
共混法
荷电Байду номын сангаас法
复合法
第 26 卷第 4 期
孙伟民等： 纳米材料在水处理中的应用
· 67·
2. 3
纳滤膜的在水处理中的应用领域 纳滤膜目前主要的应用领域有： 饮用水的处
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固相萃取柱， 用于萃取环境水样中的磺酰脲类除 草剂甲磺隆、 氯磺隆、 苄嘧磺隆、 吡嘧磺隆以及氯 嘧磺隆； Suárez 等固定羧基化单壁纳米碳管， 通过毛细管电泳分析， 检测了尿样中的非甾醇类 抗生素药物。经研究表明， 碳纳米管对有机物的 吸附效果与水质条件、 表面性质和吸附质分子性 质都有关， 其中一般表面富含含氧官能团的碳纳 米管对有机污染物吸附效能下降， 而表面具疏水 性的碳纳米管有利于对有机污染物吸附 。 3. 2 载体材料 碳纳米管的机械强度大， 化学性质稳， 而且 ， 具有大的比表面积和独特的一维纳米结构 吸附 剂和催化剂均可在其表面高度分散， 因此碳纳米 ［14 ］ 管可以用作良好的载体材料。 Di 等 用碳纳米 实验发现， 碳纳 管负载氧化铈制成除铬吸附剂， 米管负载氧化铈对铬吸附量可达 30. 2mg / g。 而 在水处理方面， 碳纳米管负载催化剂的研究并非 热点， 大多数的成果是在贵金属催化活性组分负 载于碳纳米管表面制成有机物催化湿式降解催 化剂方面。 3. 3 催化材料 碳纳米管是电子的良导体， 可以有序地导出 电子， 因此， 将碳纳米管与光催化活性材料复合 制备复合光催化材料， 则碳纳米管可降低复合材 料中的电子积累， 从而降低空穴与电子的复合几